DE102007005713A1

DE102007005713A1 - Lenkgetriebe

Info

Publication number: DE102007005713A1
Application number: DE200710005713
Authority: DE
Inventors: Sandor PALVÖLGYI
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2007-02-05
Filing date: 2007-02-05
Publication date: 2008-10-16

Abstract

Es wird ein Lenkgetriebe mit einer von einem Lenkrad angetriebenen, um eine Eingangsachse drehbaren Eingangswelle, einer Lenkwinkelüberlagerungseinheit mit einem ersten und einem zweiten Eingang sowie einem Ausgang, einer Winkelstelleinheit zum selektiven Ansteuern der Lenkwinkelüberlagerungseinheit und einem über das Lenkrad antreibbaren, zum axialen Verschieben einer Zahnstange ausgebildeten Antriebsritzel beschrieben. Die Eingangswelle ist mit dem ersten Eingang der Lenkwinkelüberlagerungseinheit, die Winkelstelleinheit mit dem zweiten Eingang der Lenkwinkelüberlagerungseinheit und der Ausgang der Lenkwinkelüberlagerungseinheit mit dem Antriebsritzel drehwirksam verbunden. Das Antriebsritzel weist eine Längsbohrung auf, durch die die Eingangswelle hindurchgeführt ist, so dass das Antriebsritzel die Eingangswelle umgreift, wobei das Antriebsritzel und die Eingangswelle gegeneinander verdrehbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe mit einer von einem Lenkrad angetriebenen, um eine Eingangsachse drehbaren Eingangswelle, einer Lenkwinkelüberlagerungseinheit mit einem ersten und einem zweiten Eingang sowie einem Ausgang, einer Winkelstelleinheit zum selektiven Ansteuern der Lenkwinkelüberlagerungseinheit und einem über das Lenkrad antreibbaren, zum axialen Verschieben einer Zahnstange ausgebildeten Antriebsritzel, wobei die Eingangswelle mit dem ersten Eingang der Lenkwinkelüberlagerungseinheit, die Winkelstelleinheit mit dem zweiten Eingang der Lenkwinkelüberlagerungseinheit und der Ausgang der Lenkwinkelüberlagerungseinheit mit dem Antriebsritzel drehwirksam verbunden sind.
Ein Lenkgetriebe dieser Art ist aus der US 4,751,976 bekannt. Bei diesem bekannten Lenkgetriebe ist die Lenkwelle in eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle geteilt, wobei Ein- und Ausgangswelle über eine Differentialeinheit miteinander verbunden sind. Die Differentialeinheit besitzt einen zweiten Eingang, an dem ein Elektromotor angeschlossen ist. Solange der Elektromotor stillsteht, wird die über ein Lenkrad auf die erste Eingangswelle aufgebrachte Drehzahl direkt an die Ausgangswelle übertragen. Durch Einschalten des Elektromotors wird dessen Drehzahl der Drehzahl des Lenkrads überlagert, so dass an der Ausgangswelle eine korrigierte Ausgangsdrehzahl erzeugt wird. Dadurch kann eine Aktivlenkung erzeugt werden, durch die der vom Fahrer vorgegebene Lenkwinkel je nach Fahrzustand des Kraftfahrzeugs in positiver oder negativer Richtung korrigiert werden kann.
Am in Fahrtrichtung gesehen vorderen Ende der Ausgangswelle ist ein Antriebsritzel vorgesehen, das in eine quer zur Fahrtrichtung angeordnete Zahnstange eingreift. Über das Verdrehen des Lenkrads wird letztlich das Antriebsritzel so verdreht, so dass die Zahnstange in axialer Richtung hin- und herbewegt wird. Diese Längsverschiebung wird an mit der Zahnstange gekoppelte Spurstangen übertragen, so dass letztlich die mit der Spurstange verbundenen Räder eine entsprechende Lenkbewegung ausführen.
Problematisch bei diesem bekannten Lenkgetriebe ist es, dass zum Einbau des Lenkgetriebes zwischen die Eingangswelle und die Ausgangswelle entsprechender Platz innerhalb des Motorraums erforderlich ist. Aufgrund der heutzutage üblichen Kompaktbauweise ist jedoch innerhalb des Motorraums insbesondere neben dem Motor oftmals nur ein geringer Freiraum vorhanden. Auch zwischen Motor und Zahnstange ist oftmals nicht ausreichend Platz vorhanden, um ein entsprechendes Lenkgetriebe einzubauen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lenkgetriebe der eingangs genannten Art so auszubilden, dass dieses auch bei sehr beengten Platzverhältnissen im Motorraum problemlos eingebaut werden kann.
Ausgehend von einem Lenkgetriebe der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Antriebsritzel eine Längsbohrung aufweist, durch die die Eingangswelle hindurchgeführt ist, so dass das Antriebsritzel die Eingangswelle umgreift, und dass das Antriebsritzel und die Eingangswelle gegeneinander verdrehbar sind.
Erfindungsgemäß ist somit das Antriebsritzel nicht an der Ausgangswelle des Lenkgetriebes, sondern eingangsseitig des Lenkgetriebes an dessen Eingangswelle vorgesehen. Die Eingangswelle kann durch die in dem Antriebsritzel vorgesehene Längsbohrung und somit durch das Antriebsritzel hindurchgeführt werden, so dass die übrigen Elemente des Lenkgetriebes an dem durch das Antriebsritzel hindurchgeführten Teil der Eingangswelle, d. h. in Fahrtrichtung des Fahrzeugs vor dem Antriebsritzel angeordnet werden können. Dadurch wird erreicht, dass das Lenkgetriebe fast vollständig vor dem Antriebsritzel und damit vor der Zahnstange angeordnet werden kann, so dass die im Bereich des Motors und insbesondere neben dem Motor bzw. zwischen Motor und Zahnstange kein Platz für das Lenkgetriebe erforderlich ist. Gerade im Bereich in Fahrtrichtung gesehen vor der Zahnstange ist oftmals ausreichend Platz vorhanden, da in diesem Bereich keine sonstigen, viel Platz benötigenden Fahrzeugteile angeordnet sind.
Im Gegensatz zu den bekannten Lenkgetrieben ist das Antriebsritzel nicht fest an der Eingangswelle befestigt bzw. mit dieser einstückig ausgebildet, sondern Antriebsritzel und Eingangswelle sind gegeneinander verdrehbar. Dadurch wird erreicht, dass beim Verdrehen der Eingangswelle das Antriebsritzel nicht unmittelbar mitgedreht wird, sondern dass die auf die Eingangswelle über das Lenkrad aufgebrachte Drehbewegung zunächst auf die in Fahrtrichtung vor dem Antriebsritzel liegenden Elemente des Lenkgetriebes übertragen und dort beispielsweise durch eine vorgesehene Aktivlenkung beeinflusst werden und erst die resultierende Drehbewegung auf das Antriebsritzel übertragen wird.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird durch die Lenkwinkelüberlagerungseinheit eine an deren Ausgang wirkende resultierende Drehzahl durch Überlagerung einer am ersten Eingang anliegenden, durch Verdrehen des Lenkrads erzeugten Drehzahl mit einer am zweiten Eingang anliegenden, von der Winkelstelleinheit erzeugten Dreh zahl erzeugt. Je nach Fahrzustand, der beispielsweise durch entsprechende Sensoren ermittelt werden kann, werden durch die Lenkwinkelüberlagerungseinheit somit eine resultierende Drehzahl und damit ein resultierender Lenkwinkel erzeugt, der optimal auf den Fahrzustand angepasst ist.
Bevorzugt ist das Antriebsritzel auf der Eingangswelle zwischen dem Lenkrad und der Lenkwinkelüberlagerungseinheit angeordnet. Weiterhin bevorzugt ist die Winkelstelleinheit und/oder die Lenkwinkelüberlagerungseinheit koaxial zu der Eingangsachse angeordnet. Dadurch kann eine sehr kompakte und Platz sparende Bauweise des Lenkgetriebes erreicht werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Lenkwinkelüberlagerungseinheit zwischen dem Antriebsritzel und der Winkelstelleinheit angeordnet. Auch dadurch wird eine besonders kompakte Bauweise erreicht, da der Ausgang der Lenkwinkelüberlagerungseinheit wieder direkt zum Antriebsritzel zurückgeführt werden kann und der zweite Eingang für die Winkelstelleinheit davon unbeeinflusst auf der von dem Antriebsritzel abgewandten Seite der Lenkwinkelüberlagerungseinheit angeordnet werden kann.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Lenkwinkelüberlagerungseinheit ein Eingangszahnrad, zumindest ein mit dem Eingangszahnrad kämmendes, an einem Planetenradträger drehbar gelagertes Planetenrad sowie ein mit dem Planetenrad kämmendes Ausgangszahnrad. Bevorzugt sind dabei das Eingangszahnrad und/oder der Planetenradträger und/oder das Ausgangszahnrad koaxial zu einer gemeinsamen Drehachse, insbesondere zu der Eingangsachse angeordnet.
Auch dadurch wird wiederum eine besonders kompakte Bauweise des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes erreicht.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Planetenradträger in einem ersten Betriebsmodus, in dem keine Lenkwinkelkorrektur stattfindet, unverdrehbar gehalten, und in einem zweiten Betriebsmodus, in dem eine Lenkwinkelkorrektur stattfindet, von der Winkelstelleinheit angetrieben.
Bevorzugt bilden das Eingangszahnrad den ersten Eingang, der Planetenradträger den zweiten Eingang und das Ausgangszahnrad den Ausgang der Lenkwinkelüberlagerungseinheit.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind das Eingangszahnrad und das Ausgangszahnrad als Sonnenräder bzw. Stirnräder ausgebildet. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass das Eingangszahnrad und das Ausgangszahnrad als Hohlräder ausgebildet sind oder dass das Eingangszahnrad als Sonnenrad und das Ausgangszahnrad als Hohlrad oder umgekehrt ausgebildet sind.
Grundsätzlich ist jede Ausbildung der Lenkwinkelüberlagerungseinheit möglich, bei der zwei Eingänge und ein Ausgang vorgesehen sind und durch den zweiten Eingang selektiv die am ersten Eingang anliegende Drehzahl beeinflusst, d. h. vergrößert oder verkleinert werden kann. Beispielsweise kann die Lenkwinkelüberlagerungseinheit auch als Kegelradausgleichsgetriebe ausgebildet sein, bei dem zwei einander gegenüberliegende Halbwellen an ihren jeweiligen Enden mit einander zugewandten Kegelrädern versehen sind, die wiederum über ebenfalls als Kegelräder ausgebildete Ausgleichsräder in Verbindung stehen. Die Ausgleichsräder sind dabei in einem Ausgleichsgehäuse um ihre Drehachsen verdrehbar gelagert, wobei das Ausgleichsgehäuse wiederum um die Halbwellen verdrehbar gelagert ist. In diesem Fall bildet eine der Halbwellen den ersten Eingang, die andere Halbwelle den Ausgang und das Ausgleichsgehäuse den zweiten Eingang der Lenkwinkelüberlagerungseinheit. Da die beiden Halbwellen gegengleich drehen, muss in diesem Fall eine Richtungsumkehr vorgesehen werden. Diese kann beispielsweise durch eine entsprechend geänderte Anordnung von Antriebsritzel und Zahnstange zueinander (Antriebritzel oberhalb oder unterhalb der Zahnstange) erreicht werden. Ist das Ausgleichsgehäuse in Ruhe, so wird eine 1:1-Übersetzung mit umgekehrter Drehrichtung zwischen Eingang und Ausgang erzeugt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Planetenrad zwei koaxial zueinander angeordnete, drehfest miteinander verbundene Planetenradabschnitte, die insbesondere eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen besitzen. Einer der beiden Planetenradabschnitte ist dabei dem Eingangszahnrad und der andere dem Ausgangszahnrad zugeordnet, so dass die Drehung des Eingangszahnrads auf den ersten sowie den damit fest verbundenen zweiten Planetenradabschnitt übertragen und von letzterem wiederum auf das Ausgangszahnrad übertragen wird. Durch die Wahl der Zahnzahl der beiden Planetenradabschnitte kann dabei eine gewünschte Übersetzung vorgegeben werden.
Bevorzugt besitzen das Eingangszahnrad und das Ausgangszahnrad eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen, um ebenfalls eine gewünschte Übersetzung erreichen zu können. Dabei sind die Anzahl der Zähne von Eingangsrad und Ausgangsrad an die entsprechende Anzahl von Zähnen der Planetenradabschnitte angepasst.
Generell kann die Lenkwinkelüberlagerungseinheit als Planetengetriebe oder als sonstiges Getriebe ausgebildet sein, mit dem die Erzeugung einer Lenkwinkelüberlagerungseinheit möglich ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Ausgang der Lenkwinkelüberlagerungseinheit mit dem Antriebsritzel über eine Hohlwelle verbunden. Dabei ist insbesondere die Eingangswelle durch die Hohlwelle hindurchgeführt und in dieser verdrehbar gelagert. Dadurch wird wiederum eine konzentrische und sehr kompakte Ausbildung des Lenkgetriebes erreicht.
Vorteilhaft ist der Ausgang der Lenkwinkelüberlagerungseinheit mit dem Antriebsritzel über ein elastisches Koppelelement verbunden. Durch das elastische Kopplungselement können beispielsweise Toleranzen kompensiert werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Winkelstelleinheit einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Rotor über ein Getriebe zum Ansteuern der Lenkwinkelüberlagerungseinheit mit deren zweiten Eingang verbunden ist. Durch das Getriebe kann dabei die gewünschte Übersetzung eingestellt werden.
Bevorzugt ist der Rotor um die Drehachse der Eingangswelle verdrehbar angeordnet, so dass insgesamt ein koaxialer kompakter Aufbau des Lenkgetriebes möglich ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Getriebe als Planetengetriebe, insbesondere als Exzentergetriebe mit Hohlrad, d. h. als reduziertes Planetengetriebe ausgebildet. Grundsätzlich ist auch die Verwendung eines normalen Planetengetriebes möglich.
Durch die Verwendung eines Exzentergetriebes kann ein schnell laufender Elektromotor verwendet werden, da über das Exzentergetriebe dessen Drehzahl entsprechend herabgesetzt wird. Weiterhin wird durch das Exzentergetriebe eine Selbsthemmung erreicht, wenn der Elektromotor stillsteht, so dass bei Ausfall des Elektromotors ein Notbetrieb des Lenkgetriebes ohne Aktivlenkung möglich ist.
Bevorzugt umfasst das Exzentergetriebe zumindest ein Planetenrad, das mit dem Hohlrad in Eingriff steht, eine Exzenterwelle, die drehwirksam mit dem Planetenrad und dem Elektromotor verbunden ist, sowie zumindest ein Kopplungselement, das zum drehwirksamen Ankoppeln des Planetenrads an dem zweiten Eingang der Lenkwinkelüberlagerungseinheit ausgebildet ist.
Das Kopplungselement kann dabei insbesondere einen sich zur Drehachse parallel erstreckenden Ansatz, beispielsweise einen Stift umfassen, der in eine in dem Planetenrad ausgebildete Öffnung hineinragt. Bevorzugt sind mehrere Ansätze und eine entsprechende Anzahl von Öffnungen vorgesehen, die sich insbesondere konzentrisch um die Drehachse herum in gleichmäßigem Abstand auf einer Kreislinie erstrecken.
Sind zwei Planetenräder vorgesehen, so sind diese bevorzugt gegenüber der Drehachse um 180° versetzt zueinander angeordnet, so dass auf einen sonstigen Masseausgleich verzichtet werden kann.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Lenkgetriebe in einem einheitlichen Gehäuse angeordnet. Insbesondere bei einer vollständig koaxialen Anordnung der einzelnen Elemente des Lenkgetriebes hintereinander kann eine sehr kompakte Ausbildung des Lenkgetriebes in einem einheitlichen Gehäuse erreicht werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine mit dem Antriebsritzel zusammenwirkende Zahnstange durch ein Gehäuse des Lenkgetriebes hindurchgeführt. Das Gehäuse umfasst in diesem Fall Ein- und Austrittsöffnungen, durch die die Zahnstange in das Gehäuse ein- bzw. austritt. Insbesondere ist dabei die Zahnstange durch einen Bereich des Gehäuses hindurchgeführt, der dem Lenkrad zugewandt ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass zumindest ein überwiegender Teil des Lenkgetriebes in Fahrtrichtung des Fahrzeugs vor der Zahnstange angeordnet ist und somit der Platzbedarf für das Lenkgetriebe zwischen Zahnstange und Lenkrad im Bereich des Motors minimiert ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird vorliegend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben; in diesen zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Lenkanordnung eines Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Lenkgetriebe,
2 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Lenkgetriebe und
3 einen Querschnitt durch das Lenkgetriebe nach 2 entlang der Linie A-A.
1 zeigt eine Lenkanordnung 1, die ein Lenkrad 2 sowie ein mit dem Lenkrad 2 über eine Lenkgelenkwelle 3 verbundenes Lenkgetriebe 4 umfasst.
Das Lenkgetriebe 4 umfasst eine Längsachse 5, die in Längsrichtung eines mit der Lenkanordnung 1 ausgestatteten Fahrzeugs verläuft und senkrecht zu einer sich quer zum Fahrzeug erstreckenden Querachse 6 angeordnet ist. Entlang der Querachse 6 ist eine Zahnstange 7 angeordnet, deren Enden gelenkig mit Spurstangen 8 verbunden sind, durch die beim Verdrehen des Lenkrads 2 Räder 9 des Fahrzeugs verschwenkt werden können.
Weiterhin sind Sensoren 10, 11 vorgesehen, über die vorgegebene Parameter, wie beispielsweise Lenkwinkel oder Drehgeschwindigkeit des Lenkrads 2 erfasst werden können, und deren Ausgänge mit Eingängen einer Steuerung 12 verbunden sind. Ein Ausgang der Steuerung 12 ist wiederum mit einem Eingang des Lenkgetriebes 4 verbunden, wodurch eine Aktivlenkung des Fahrzeugs gebildet wird.
Abhängig vom Fahrzustand, der durch von den Sensoren 10, 11 oder sonstigen geeigneten Sensoren erfasste Parameter gekennzeichnet ist, kann bei einem Verdrehen des Lenkrads 2 der letztlich auf die Räder 9 wirkende Drehwinkel über die Steuerung 12 beeinflusst werden, indem dem durch das Lenkrad 2 erzeugten Drehwinkel ein zusätzlicher Drehwinkel in positiver oder negativer Richtung überlagert wird.
Die Übertragung der Lenkbewegung vom Lenkrad 2 über die Lenkgelenkwelle 3 zum Lenkgetriebe 4 erfolgt dabei über eine Eingangswelle 13, die insbesondere gelenkig und/oder über ein nicht dargestelltes Übersetzungsgetriebe mit der Lenkgelenkwelle 3 verbunden sein kann, wobei die Längsachse 5 des Lenkgetriebes 4 gleichzeitig die Längsachse der Eingangswelle 13 bildet.
Aus dem Längsschnitt nach 2 ist zu erkennen, dass die Eingangswelle 13 an ihrem der Lenkgelenkwelle 3 zugewandten Ende eine Verzahnung 14 aufweist, durch die eine Verbindung mit der in 2 nicht dargestellten Lenkgelenkwelle 3 erfolgt.
Die Eingangswelle 3 erstreckt sich durch eine stirnseitige Öffnung 15 in ein Gehäuse 16 des Lenkgetriebes 4 entlang der Längsachse 5 hinein, die gleichzeitig eine Drehachse für die Eingangswelle 13 bildet. Im Inneren des Gehäuses 16 ist unmittelbar nach der stirnseitigen Öffnung 15 ein Antriebsritzel 17 angeordnet, das eine zu der Drehachse 5 koaxiale Längsbohrung 18 aufweist und über Drehlager 19 um die Drehachse 5 verdrehbar gelagert ist.
Das Antriebsritzel 17 ist dabei nicht wie üblich mit der Eingangswelle 13 fest verbunden, sondern die Eingangswelle 13 ist durch die Längsbohrung 18 des Antriebsritzels 17 hindurchgeführt, wobei das Antriebsritzel 17 und die Eingangswelle 13 gegeneinander verdrehbar sind.
Das Antriebsritzel 17 steht mit einer Zahnstange 66 in Eingriff, die in einer in dem Gehäuse 16 ausgebildeten Führungsrinne 67 im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse 5 verschiebbar gelagert. Dazu besitzt das Gehäuse 16 zwei nicht dargestellte Öffnungen, die jeweils im zum Lenkrad 2 hin gerichteten Bereich des Gehäuses 16 auf beiden Seiten unterhalb der Eingangswelle 13 ausgebildet sind.
Etwa in der Mitte des Gehäuses 16 ist koaxial zur Drehachse 5 eine Lenkwinkelüberlagerungseinheit 20 ausgebildet, die ein ein Eingangszahnrad 21 bildendes erstes Sonnenrad 22, mit diesem kämmende Planetenräder 23 sowie ein ein Ausgangszahnrad 24 bildendes zweites Sonnenrad 25 umfasst.
Das erste Sonnenrad 22 ist dabei über eine Verzahnung 26 drehfest mit der Eingangswelle 13 verbunden.
Die Planetenräder 23 besitzen zwei koaxial zueinander angeordnete, fest miteinander verbundene Planetenräderabschnitte 27, 28, wobei der Durchmesser und die Zahnzahl des Planetenradabschnitts 28 jeweils kleiner als der Durchmesser und die Zahnzahl des Planetenradabschnitts 27 sind.
Der Durchmesser des zweiten Sonnenrads 25 ist entsprechend größer als der Durchmesser des ersten Sonnenrads 23, so dass die Zähne des zweiten Sonnenrads 25 jeweils mit den Zähnen des Planetenradabschnitts 28 in Eingriff stehen.
Das zweite Sonnenrad 25 ist drehbar gegenüber einem in radialer Richtung verbreiterten Abschnitt 29 der Eingangswelle 13 gelagert, so dass sich auch das zweite Sonnenrad 25 gegenüber der Eingangswelle 13 verdrehen lässt. Weiterhin ist stirnseitig an dem zweiten Sonnenrad 25 eine sich in Richtung zum Antriebsritzel 3 hin erstreckende Hohlwelle 30 angeformt, die über ein elastisches Kopplungselement 31, beispielsweise ein ringförmiges Elastomer-Formteil mit einem ringförmigen Verbindungselement 68 verbunden ist, das letztlich wiederum mit einem hülsenförmigen Ansatz 32 des Antriebsritzels 17 drehfest verbunden ist.
Die Planetenräder 23 sind jeweils über Lagerelemente 33, 34 in innen liegenden Gehäuseabschnitten 35, 36 drehbar gelagert, die somit einen Planetenradträger 37 für die Planetenräder 23 bilden.
Während der Gehäuseabschnitt 36 über Lager 38 um die Drehachse 5 verdrehbar an der Hohlwelle 30 gelagert ist, ist der Gehäuseabschnitt 36 über entsprechende Lager 39 ebenfalls um die Drehachse 5 an einer Exzenterwelle 40 drehbar gelagert. Die Exzenterwelle 40 besitzt eine Längsbohrung 41, durch die das in Fahrtrichtung zeigende Ende der Eingangswelle 13 hindurchgeführt ist, welches über ein Lager 42 in einer am stirnseitigen Ende des Gehäuses 16 ausgebildeten Lageraufnahme 43 um die Drehachse 5 drehbar gegenüber dem Gehäuse 16 gelagert ist.
Die Exzenterwelle 40 ist über ein Lager 44 um die Drehachse 5 drehbar an dem Gehäuse 16 gelagert. Ausgehend von dem der Lageraufnahme 43 zugeordneten freien Ende der Exzenterwelle 40 besitzt diese zunächst einen konzentrischen Abschnitt 45, an dem sich zwei um 180° gegeneinander versetzte exzentrische Ringabschnitte 46, 47 anschließen.
An dem konzentrischen Abschnitt 45 der Exzenterwelle 40 ist ein Rotor 48 drehfest befestigt, der zusammen mit einem am Gehäuse 16 befestigten Stator 49 einen Elektromotor 50 bildet, der über die Steuerung 12 ansteuerbar ist und einen Teil einer Winkelstelleinheit 51 bildet.
Die Winkelstelleinheit 51 umfasst weiterhin die Exzenterwelle 40 sowie an den exzentrischen Ringabschnitten 46, 47 gelagerte Planetenräder 52, 53, die mit an der Innenseite des Gehäuses 16 befestigten Hohlrädern 54, 55 in Eingriff stehen und zusammen mit der Exzeterwelle 40 ein Exzentergetriebe 69 bilden.
Während die Hohlräder 54, 55 sowie der Rotor 48 und der konzentrische Abschnitt 45 der Exzenterwelle 40 koaxial zu der Drehachse 5 angeordnet sind, sind der exzentrische Ringabschnitt 46 sowie das Planetenrad 53 um eine zur Drehachse 5 (siehe auch 3) um den Abstand e1 nach oben versetzte Drehachse 56 angeordnet. In analoger Weise sind der exzentrische Ringabschnitt 47 sowie das Planetenrad 52 in einer dazu entgegengesetzten Richtung um eine gegenüber der Drehachse 5 um einen Abstand e2 versetzte Drehachse 57 koaxial angeordnet.
Sowohl das Planetenrad 52 als auch das Planetenrad 53 sind jeweils über Lager 58, 59 an den exzentrischen Ringabschnitten 46 bzw. 47 gelagert, wie es insbesondere auch aus 3 deutlich erkennbar ist.
In den Planetenrädern 52, 53 sind eine Vielzahl von kreisförmigen Öffnungen 60, 61 ausgebildet, in denen Gleitbuchsen 62, 63 angeordnet sind. In die Gleitbuchsen 62, 63 greifen stiftförmige Ansätze 64 ein, die jeweils in einem ringförmigen Basiselement 65 verankert sind. Das ringförmige Basiselement 65 wiederum ist mit der Stirnseite des Gehäuseabschnitts 35 des Planetenradträgers 37 drehfest verbunden, so dass bei einem Verdrehen der Planetenräder 52, 53 deren Drehbewegung über die in die Gleitbuchsen 62, 63 hineinragenden Stifte 64 auf das Basiselement 65 und damit auf den Planetenradträger 37 übertragen wird.
Bei einem Verdrehen des Lenkrads 2 wird diese Drehbewegung über die Lenkgelenkwelle 3 auf die Eingangswelle 13 des Lenkgetriebes 4 übertragen. Die Drehbewegung wird von der sich durch das Antriebsritzel 17 hindurch erstreckenden Eingangswelle 13 über das erste Sonnenrad 22 auf die Planetenradabschnitte 27, 28 der Planetenräder 23 übertragen, von wo sie auf das zweite Sonnenrad 25 übertragen wird. Die Drehbewegung des zweiten Sonnenrads 25 wird über das elastische Kopplungselement 31 und das Verbindungselement 68 auf den Ansatz 32 des Antriebsritzels 17 übertragen, wodurch sich dieses verdreht und eine axiale Verschiebung der Zahnstange 66 in der Führungsrinne 67 bewirkt.
Solange der Elektromotor 50 stillsteht, erfolgt die Drehzahlübertragung vom Lenkrad 2 auf das Antriebsritzel 17 in der zuvor beschriebenen Weise. Wird der Elektromotor 50 über die Steuerung 12 zum Erzeugen einer Aktivlenkung angesteuert, so wird die dadurch erzeugte Drehbewegung des Rotors 48 auf die Exzenterwelle 40 übertragen, wodurch die Planetenräder 52, 53 jeweils in den Hohlrädern 54, 55 abrollen. Diese deutlich untersetzte Drehbewegung der Planetenräder 52, 53 wird über die Stifte 64 auf das ringförmige Basiselement 65 und den damit verbundenen Planetenradträger 37 übertragen, so dass die entstehende Drehbewegung zu der von dem Lenkrad 2 vorgegebenen Drehzahl addiert bzw. bei entgegengesetzter Drehrichtung von dieser abgezogen wird. Auf diese Weise kann durch entsprechende Ansteuerung des Elektromotors 50 der Winkelstelleinheit 51 die gewünschte resultierende Drehzahl des Antriebsritzels 17 und damit eine gewünschte Bewegung der Räder 9 eingestellt werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Lenkgetriebes wird dabei erreicht, dass dieses praktisch vollständig in Fahrtrichtung vor der Zahnstange 66 angeordnet ist und somit praktisch keinen Platz innerhalb des Motorraums im Bereich hinter der Zahnstange 66, d. h. im Bereich des Motors benötigt.

1: Lenkanordnung
2: Lenkrad
3: Lenkgelenkwelle
4: Lenkgetriebe
5: Langsachse/Drehachse
6: Querachse
7: Zahnstangen
8: Spurstangen
9: Räder
10: Sensor
11: Sensor
12: Steuerung
13: Eingangswelle
14: Verzahnung
15: Öffnung
16: Gehäuse
17: Antriebsritzel
18: Längsbohrung
19: Drehlager
20: Lenkwinkelüberlagerungseinheit
21: Eingang/Eingangszahnrad
22: Sonnenrad
23: Planetenräder
24: Ausgang/Ausgangszahnrad
25: Sonnenrad
26: Verzahnung
27: Planetenradabschnitt
28: Planetenradabschnitt
29: verbreiteter Abschnitt der Eingangswelle 13
30: Hohlwelle
31: elastische Kopplung
32: Ansatz
33: Lagerelement
34: Lagerelement
35: Gehäuseabschnitt
36: Gehäuseabschnitt
37: Planetenradträger
38: Lager
39: Lager
40: Exzenterwelle
41: Längsbohrung
42: Lager
43: Lageraufnahme
44: Lager
45: konzentrischer Abschnitt der Exzenterwelle
46: exzentrischer Ringabschnitt der Exzenterwelle
47: exzentrischer Ringabschnitt der Exzenterwelle
48: Rotor
49: Stator
50: Elektromotor
51: Winkelstelleinheit
52: Planetenrad
53: Planetenrad
54: Hohlrad
55: Hohlrad
56: versetzte Drehachse
57: versetzte Drehachse
58: Lager
59: Lager
60: Öffnung
61: Öffnung
62: Gleitbuchsen
63: Gleitbuchsen
64: Stifte
65: Basiselement
66: Zahnstange
67: Führungsrinne
68: Verbindungselement
69: Getriebe/Exzentergetriebe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 4751976 [0002]

Claims

Lenkgetriebe mit einer von einem Lenkrad (2) angetriebenen, um eine Eingangsachse (5) drehbaren Eingangswelle (13), einer Lenkwinkelüberlagerungseinheit (20) mit einem ersten und einem zweiten Eingang (21, 37) sowie einem Ausgang (24), einer Winkelstelleinheit (51) zum selektiven Ansteuern der Lenkwinkelüberlagerungseinheit (20) und einem über das Lenkrad (2) antreibbaren, zum axialen Verschieben einer Zahnstange (66) ausgebildeten Antriebsritzel (17), wobei die Eingangswelle (13) mit dem ersten Eingang (21) der Lenkwinkelüberlagerungseinheit (20), die Winkelstelleinheit (51) mit dem zweiten Eingang (37) der Lenkwinkelüberlagerungseinheit (20) und der Ausgang (24) der Lenkwinkelüberlagerungseinheit (20) mit dem Antriebsritzel (17) drehwirksam verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsritzel (17) eine Längsbohrung (18) aufweist, durch die die Eingangswelle (13) hindurchgeführt ist, so dass das Antriebsritzel (17) die Eingangswelle (13) umgreift, und dass das Antriebsritzel (17) und die Eingangswelle (13) gegeneinander verdrehbar sind.
Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Lenkwinkelüberlagerungseinheit (20) eine an deren Ausgang (24) wirkende resultierende Drehzahl durch Überlagerung einer am ersten Eingang (21) anliegenden, durch Verdrehen des Lenkrads (2) erzeugten Drehzahl mit einer am zweiten Eingang (37) anliegenden, von der Winkelstelleinheit (51) erzeugten Drehzahl erzeugt wird.
Lenkgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebritzel (17) auf der Eingangwelle (13) zwischen dem Lenkrad (2) und der Lenkwinkelüberlagerungseinheit (20) angeordnet ist.
Lenkgetriebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelstelleinheit (51) koaxial zu der Eingangsachse (5) angeordnet ist.
Lenkgetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwinkelüberlagerungseinheit (20) koaxial zu der Eingangsachse (5) angeordnet ist.
Lenkgetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwinkelüberlagerungseinheit (20) zwischen dem Antriebsritzel (17) und der Winkelstelleinheit (51) angeordnet ist.
Lenkgetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwinkelüberlagerungseinheit (20) ein Eingangszahnrad (21), zumindest ein mit dem Eingangszahnrad (21) kämmendes, an einem Planetenradträger (37) drehbar gelagertes Planetenrad (23) sowie ein mit dem Planetenrad (23) kämmendes Ausgangszahnrad (24) umfasst.
Lenkgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangszahnrad (21) und/oder der Planetenradträger (37) und/oder das Ausgangszahnrad (24) koaxial zu einer gemeinsamen Drehachse (5), insbesondere zu der Eingangsachse (5) angeordnet sind.
Lenkgetriebe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (37) in einem ersten Betriebsmodus, in dem keine Lenkwinkelkorrektur stattfindet, unverdrehbar gehalten ist, und in einem zweiten Betriebsmodus, in dem eine Lenkwinkelkorrektur stattfindet, von der Winkelstelleinheit (51) angetrieben ist.
Lenkgetriebe nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangszahnrad (21) den ersten Eingang der Lenkwinkelüberlagerungseinheit (20) bildet.
Lenkgetriebe nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (37) den zweiten Eingang der Lenkwinkelüberlagerungseinheit (20) bildet.
Lenkgetriebe nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangszahnrad (24) den Ausgang der Lenkwinkelüberlagerungseinheit (20) bildet.
Lenkgetriebe nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangszahnrad (21) und das Ausgangszahnrad (24) als Sonnenräder (22, 25) ausgebildet sind.
Lenkgetriebe nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangszahnrad und das Ausgangszahnrad als Hohlräder ausgebildet sind.
Lenkgetriebe nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangszahnrad als Sonnenrad und das Ausgangszahnrad als Hohlrad oder umgekehrt ausgebildet sind.
Lenkgetriebe nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenrad (23) zwei koaxial zueinander angeordnete, drehfest miteinander verbundene Planetenradabschnitte (27, 28) umfasst, die insbesondere eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen besitzen.
Lenkgetriebe nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangszahnrad (21) und das Ausgangszahnrad (24) eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen besitzen.
Lenkgetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwinkelüberlagerungseinheit (20) als Planetengetriebe ausgebildet ist.
Lenkgetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (24) der Lenkwinkelüberlagerungseinheit (20) mit dem Antriebsritzel (17) über eine Hohlwelle (30) verbunden ist.
Lenkgetriebe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangwelle (13) durch die Hohlwelle (30) hindurchgeführt und gegenüber dieser verdrehbar gelagert ist.
Lenkgetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (24) der Lenkwinkelüberlagerungseinheit (20) mit dem Antriebsritzel (17) über ein elastisches Kopplungselement (31) verbunden ist.
Lenkgetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelstelleinheit (51) einen Elektromotor (50) mit einem Stator (49) und einem Rotor (48) umfasst und dass der Rotor (48) über ein Getriebe (69) zum Ansteuern der Lenkwinkelüberlagerungseinheit (20) mit deren zweiten Eingang (37) verbunden ist.
Lenkgetriebe nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (48) um die Drehachse (5) verdrehbar angeordnet ist.
Lenkgetriebe nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (69) als Untersetzungsgetriebe ausgebildet ist.
Lenkgetriebe nach zumindest einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (69) als Planetengetriebe, insbesondere als Exzentergetriebe mit Hohlrad (54, 55) ausgebildet ist.
Lenkgetriebe nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Exzentergetriebe (69) zumindest ein Planetenrad (52, 53), das mit dem Hohlrad (54, 55) in Eingriff steht, eine Exzenterwelle (40), die drehwirksam mit dem Planetenrad (52, 53) und dem Elektromotor (50) verbunden ist, sowie zumindest ein Kopplungselement (64, 65) umfasst, das zum drehwirksamen Ankoppeln des Planetenrads (52, 53) an den zweiten Eingang (37) der Lenkwinkelüberlagerungseinheit (20) ausgebildet ist.
Lenkgetriebe nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (64, 65) einen sich insbesondere zur Drehachse (5) parallel erstreckenden Ansatz (64) umfasst, der in eine in dem Planetenrad (52, 53) ausgebildete Öffnung (60, 61) hineinragt.
Lenkgetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgetriebe (4) in einem einheitlichen Gehäuse (16) angeordnet ist.
Lenkgetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Antriebsritzel (17) zusammenwirkende Zahnstange (66) durch ein Gehäuse (16) des Lenkgetriebes (4) hindurchgeführt ist.
Lenkgetriebe nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (66) durch einen Bereich des Gehäuses (16) hindurchgeführt ist, der dem Lenkrad (2) zugewandt ist.
Fahrzeuglenkung eines Fahrzeugs mit einem Lenkgetriebe (4) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche und einer mit dem Antriebsritzel (17) in Eingriff stehenden Zahnstange (66).
Fahrzeuglenkung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein überwiegender Teil des Lenkgetriebes (4) in Fahrtrichtung des Fahrzeugs vor der Zahnstange (66) angeordnet ist.
Fahrzeuglenkung nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (5) im Wesentlichen senkrecht zu der Zahnstange (66) und/oder einer Vorderachse des Fahrzeuges verläuft.