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Die
Erfindung betrifft einen Überlagerungssteller für
ein Lenksystem eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Überlagerungssteller
oder Überlagerungsaktuatoren sind bekannt und zeichnen
sich dadurch aus, dass mit ihnen dem von einem Fahrer an einer Lenkhandhabe
gewählten Lenkwinkel bei Bedarf ein weiterer Drehwinkel überlagert
werden kann. Der zusätzliche Drehwinkel wird durch eine
elektronische Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung gesteuert
und dient zur Erhöhung der Fahrstabilität des Fahrzeugs
oder zu sonstigen Zwecken. Beispielsweise wird hierfür
ein Überlagerungsgetriebe, das als Planetenradgetriebe,
wie es in der
DE 101
59 800 A1 oder als Wellgetriebe (harmonic drive), wie es
in der
US 6 938 724
B1 offenbart ist, herangezogen.
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Die Übersetzung
einer mit einem Überlagerungssteller ausgestatteten Servo-
oder Hilfskraftlenkung setzt sich aus den Übersetzungen
des jeweiligen Lenkgetriebes und des Überlagerungsgetriebes des Überlagerungsstellers
zusammen. Ein Überlagerungsgetriebe weist zu diesem Zweck
eine erste Getriebeeingangswelle und eine zweite Getriebeeingangswelle
auf und überlagert die an den beiden Getriebeeingangswellen
auftretenden Drehwinkel auf eine Getriebeausgangswelle, die mit
einem Lenkgetriebe und lenkbaren Rädern des Fahrzeugs wirkverbunden
ist. Das Überlagerungsgetriebe und der Servomotor sind
in separaten Gehäusen eingebaut und an einer Trennebene
zwischen den Gehäusen miteinander verbunden.
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Soll
die Übersetzung beispielsweise aus fahrdynamischen Gründen
geändert werden, wird im Fall eines Planetenradgetriebes
als Überlagerungsgetriebe der Käfig über
einen elektrischen Servomotor angetrieben. Bei einem Well- oder
Pulsatorgetriebe wird ein exzentrischer Antriebskern des Wellgetriebes
durch einen Servomotor in Drehung versetzt.
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Die
bekannten Überlagerungssteller sind nur mit aufwändigen
Vorrichtungen zu justieren und zu montieren, da ihre Komponenten
zwischeneinander Spiel haben.
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Zudem
sind bei der Bemessung der Toleranzen in solchen Überlagerungsstellern
die oft großen Wärmedehnungskoeffizienten der
Nichteisenmetall-Komponenten zu berücksichtigen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überlagerungssteller
anzugeben, der einfach und kostengünstig zu montieren ist.
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Die
Aufgabe wird mit einem Überlagerungssteller mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Dadurch
dass das Spiel zwischen insbesondere den rotierenden Teilen des Überlagerungsstellers
so bemessen ist, dass an der Trennebene zwischen den Gehäusen
von Servomotor und Überlagerungsgetriebe eine Planlaufabweichung
der Getriebeeingangswellen und/oder der Getriebeausgangswelle von
höchstens etwa 0,3 mm ermöglicht ist, können
insbesondere die Teile des Überlagerungsgetriebes ohne
zusätzliche Hilfsmittel rasch auf insbesondere fliegend
vorliegende Getriebeeingangswellen aufgeschoben und das Gehäuse
des Überlagerungsgetriebes vormontiert werden.
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Bevorzugte
Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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In
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des Überlagerungsstellers
ist dessen Gehäuse aus einem Eisenmetall, aus Stahl etwa,
gebildet, wodurch weitestgehend Werkstoffe bei den Lagern und Wellen
angewandt sind, die ähnliche oder gleiche Wärmedehnungskoeffizienten
haben. Bevorzugt ist das Gehäuse des Servomotors oder des Überlagerungsgetriebes
an einem karosseriefesten Bauteil des Fahrzeugs festgelegt.
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Es
ist zweckmäßig, das Überlagerungsgetriebe
als Wellgetriebe auszubilden, wobei der Servomotor einen drehfest
an der zweiten Getriebeeingangswelle festgelegten, exzentrischen
Antriebskern antreibt, der eine radialflexible Abrollbuchse elastisch in
radialer Richtung verformt. Dabei gelangt in an sich bekannter Weise
eine Verzahnung an einer Außenmantelfläche der
radialflexiblen Abrollbuchse partiell in fortlaufendem Wechsel mit
einer starren Innenverzahnung eines Stützrings in Eingriff.
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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 Getriebeausgangswelle.
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Um
eine einfache Vorzentrierung der Getriebeeingangswellen und damit
eine Möglichkeit zu schaffen, auf den fliegend in dem Gehäuse
des Servomotors vorliegenden Getriebeeingangswellen die Teile des Überlagerungsgetriebes
zu montieren, ist es zweckmäßig, die zweite Getriebeeingangswelle als
Hohlwelle über die erste Getriebeeingangswelle mit geringstem
radialen Abstand zu führen.
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Die
zweite Getriebeeingangswelle oder die Hohlwelle des Servomotors
kann abhängig oder unabhängig von der ersten Getriebeeingangswelle
gelagert werden. Eine unabhängige Lagerung wird dadurch
erreicht, dass die zweite Getriebeeingangswelle mit Wälzlagern,
insbesondere mit Rillenkugellagern, so an dem Servomotorgehäuse
gehalten wird, dass der Innenring des Wälzlagers auf der
Außenseite der Hohlwelle zu liegen kommt und der Außenring des
Wälzlagers an dem Gehäuse des Servomotors festgelegt
ist.
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Eine
abhängige Lagerung der Hohlwelle erfolgt, indem die Innenringe
der Wälzlager auf der ersten Getriebeeingangswelle zu liegen
kommen und die Außenringe der Wälzlager auf der
Innenseite der Hohlwelle zu liegen kommen.
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Die
rotierenden Teile des Überlagerungsgetriebes, wie Stützring,
radialflexible Abrollbuchse und exzentrischer Antriebskern lassen
sich auf diese Weise ohne Vorrichtung, fliegend montieren.
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Die
radialflexible Abrollbuchse kann einstückig oder mehrteilig
gebaut ausgeführt sein. Ebenso kann der Stützring
und der exzentrische Antriebskern einstückig oder mehrteilig
gebaut sein. Der exzentrische Antriebskern kann einteilig mit der
zweiten Getriebeeingangswelle oder Hohlwelle hergestellt werden,
was die Montage des Überlagerungsstellers vereinfacht.
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Das
Wellgetriebe wird bevorzugt überbestimmt gelagert um die
Ausrichtung der Teile zu verbessern und die Montage des Wellgetriebes
zu erleichtern. Es wird vorzentriert zusammengebaut, aber ein Wälzlager
das um den Außenumfang des Stützrings gelegt ist,
ist zum einen in einer Gehäusebohrung des Gehäuses
des Wellgetriebes und in einer Gehäusebohrung des Gehäuses
für den Servomotor angeordnet. Die Gehäusebohrung
in dem Servomotorgehäuse ist mit Übermaß gefertigt,
und es bildet sich dadurch ein radialer Spalt zu dem Wälzlager
für den Stützring hin. Der Spalt ermöglicht
eine dynamische Nachzentrierung im Betrieb des Wälzlagers,
was der Laufruhe und der Lebensdauer des Wellgetriebes zugute kommt.
Der Stützring kann beispielsweise zur Gewichtsredzierung
partielle Ausnehmungen aufweisen.
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Die
Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels
beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.
In der Zeichnung zeigt:
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1 einen
Längsschnitt durch einen elektrischen Überlagerungssteller.
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In 1 ist
in einem Längsschnitt ein Überlagerungssteller 1 für
einen Personenkraftwagen gezeigt. Er besteht aus einem als elektrischen
Hohlwellenmotor ausgebildeten Servomotor 7, dessen Gehäuse 9 an
einem karosseriefesten Bauteil über ein Schwenklager 26 abgestützt
ist. Eine Lenkwelle oder erste Getriebeeingangswelle 2 ist
drehfest mit einer Lenkhandhabe 6 verbunden und ist Teil
eines Überlagerungsgetriebes 4. Das Überlagerungsgetriebe 4 ist
als Wellgetriebe 11 oder harmonic drive gebildet. Das in
einem etwa gleichgroßen Gehäuse 8 wie
das Gehäuse 9 des Servomotors 7 untergebrachte
Wellgetriebe 11 dient zur Überlagerung eines auf
die erste Getriebeeingangswelle 2 aufgebrachten Lenkwinkels
mit einem von dem Servomotor 7 auf eine zweite Getriebeeingangswelle 3 aufgebrachten
Drehwinkel, der von dem Wellgetriebe 11 stark untersetzt
wird. Die zweite Getriebeeingangswelle 3 wird von einer als
Hohlwelle 18 gebildeten Welle des Servomotors 7 gebildet,
auf der Rotormagnete des Servomotors 7 festgelegt sind.
Die Hohlwelle 18 ist einstückig mit einem exzentrischen
Antriebskern 12 ausgeführt. Um den ellipsenförmigen
Umfang des exzentrischen Antriebskerns 12 ist ein flexibles
Kugellager 27 aufgezogen. Der exzentrische Antriebskern 12 greift
mit seiner axialen Erstreckung in an sich bekannter Weise in eine
aus elastischem Stahlblech gebildete, topfförmige, radialflexible
Abrollbuchse 13 ein. Die radialflexible Abrollbuchse 13 greift
unter Wirkung der ellipsenförmigen Aufweitung durch den
exzentrischen Antriebskern 12 mit einer Verzahnung 14 an
ihrer Außenmantelfläche 15 in eine Innenverzahnung 16 an einem
drehfest mit einer Getriebeausgangswelle 5 des Überlagerungsgetriebes 4 verbunden
Stützring 17 ein. Der Stützring 17,
die Getriebeeingangswellen 2, 3 und die Getriebeausgangswelle 5 sind
konzentrisch angeordnet. Der Stützring 17 weist
eine größere Zähnezahl auf, als die radialflexible
Abrollbuchse 13, wodurch eine Verdrehung des Stützrings 17 und
damit der Getriebeausgangswelle 5 relativ zu der ersten Getriebeeingangswelle 2 und
der Lenkhandhabe 6 pro Umdrehung des exzentrischen Antriebskerns 12 um
die Differenz der Zähnezahl erfolgt. Die erste Getriebeeingangswelle 2 und
die radialflexible Abrollbuchse 13 sind drehfest verbunden.
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Die
zweite Getriebeeingangswelle 3 ist an sich gegenüberliegenden
Stirnwänden des Servomotorgehäuses 9 mit
je einem Wälzlager 19 gelagert. Ein Innenring 20 eines
jeden Wälzlagers 19 sitzt auf der Hohlwelle 18 und
ein Außenring 21 stützt sich in einer
Gehäusebohrung des Servomotorgehäuses 9 ab.
Axial durch die zweite Getriebeeingangswelle 3 ist die
erste Getriebeeingangswelle 2 geführt und an einem
weiteren Wälzlager 28 in einer Stirnwand des Servomotorgehäuses 9 gelagert.
Sie ist fliegend durch die zweite Getriebeeingangswelle 3 geführt und
stützt sich an einem Rollenlager 29 an einem Flansch 30,
an welchem die radialflexible Abrollbuchse 13 drehfest
an der ersten Getriebeeingangswelle 2 festgelegt ist, in
dem Gehäuse 8 für das Wellgetriebe 11 ab.
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Der
Stützring 17 stützt sich mit einem Wälzlager 22 und
dessen Außenring 23 an einer Trennebene 10 zwischen
den beiden Gehäusen 8, 9 ab. Das Wälzlager 22 ist
etwa zur Hälfte in einer Gehäusebohrung 24 des
Gehäuses 8 für das Überlagerungsgetriebe 4 und
mit der anderen Hälfte in einer Gehäusebohrung 25 des
Gehäuses 9 für den Servomotor 7 angeordnet.
Ein Spalt S ist in der Gehäusebohrung 25 radial
zwischen dem Außenring 23 und der Gehäusebohrung 25 vorgesehen,
der zum einen die fliegende Montage des Wellgetriebes 11 in
Montagerichtung Y erleichtert und zum anderen dem Wälzlager 22 und
dem ganzen Gehäuse 8 für das Wellgetriebe 11 das
nötige Radialspiel relativ zu dem Gehäuse 9 des
Servomotors 7 gibt, damit diese Teile gegeneinander dynamisch
zentriert werden können.
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- 1
- Überlagerungssteller
- 2
- Getriebeeingangswelle,
erste
- 3
- Getriebeeingangswelle,
zweite
- 4
- Überlagerungsgetriebe
- 5
- Getriebeausgangswelle
- 6
- Lenkhandhabe
- 7
- Servomotor
- 8
- Gehäuse,
v. 4
- 9
- Gehäuse,
v. 7
- 10
- Trennebene
- 11
- Wellgetriebe
- 12
- Antriebskern,
exzentrisch
- 13
- Abrollbuchse,
radialflexibel
- 14
- Verzahnung,
an 15
- 15
- Außenmantelfläche
- 16
- Innenverzahnung,
v. 17
- 17
- Stützring
- 18
- Hohlwelle
- 19
- Wälzlager
- 20
- Innenring,
v. 19
- 21
- Außenring
- 22
- Wälzlager,
v. 17
- 23
- Außenring,
v. 22
- 24
- Gehäusebohrung
- 25
- Gehäusebohrung
- 26
- Schwenklager
- 27
- Kugellager,
flexibel
- 28
- Wälzlager,
an 9
- 29
- Rollenlager
- 30
- Flansch
- S
- Spalt
- Y
- Montagerichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10159800
A1 [0002]
- - US 6938724 B1 [0002]