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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für eine
Lenkanordnung eines Fahrzeuges, wobei das Lenkgetriebe eine Kugelumlaufmutter, eine
in der Kugelumlaufmutter laufende Kugelumlaufspindel, die durch
Verdrehen der Kugelumlaufmutter entlang einer Spindellängsachse
axial verschiebbar ist, eine Lenkwinkelüberlagerungsanordnung
zum Erzeugen einer Aktivlenkung und eine Winkelstelleinheit zum
selektiven Ansteuern der Lenkwinkelüberlagerungsanordnung
umfasst.
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Ein
Lenkgetriebe dieser Art ist aus der
US 6,102,151 bekannt.
Bei diesem bekannten Lenkgetriebe greift die Lenkwinkelüberlagerungsanordnung in
eine quer zur Fahrtrichtung angeordnete Zahnstange ein und treibt
diese an, um einen gewünschte Ziellenkwinkel (effektiven
Lenkwinkel) zu erreichen. Auf diese Weise wird eine Aktivlenkung
erzeugt, durch die der vom Fahrer vorgegebene Lenkwinkel je nach
Fahrzustand des Kraftfahrzeugs in positiver oder negativer Richtung
korrigiert werden kann. Getrennt von der Lenkwinkelüberlagerungsanordnung ist
eine Lenkkraftunterstützungsanordnung angeordnet, durch
die die Kugelumlaufmutter antreibbar ist, so dass die vom Fahrer
vorgegebene Lenkkraft durch das von der Lenkkraftunterstützungsanordnung
auf die Kugelumlaufmutter aufgebrachte Drehmoment unterstützt
werden kann.
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Problematisch
bei diesem bekannten Lenkgetriebe ist es, dass zum Einbau des Lenkgetriebes innerhalb
des Fahrzeuges relativ viel Platz innerhalb des Motorraums erforderlich
ist. Insbesondere benötigt das Lenkgetriebe der
US 6,102,151 deshalb viel Platz,
weil die Lenkkraftunterstüt zungsanordnung und die Lenkwinkelüberlagerungsanordnung
getrennt voneinander ausgebildet sind und der Motor der Lenkkraftunterstützungsanordnung
außerhalb des Lenkgetriebes angeordnet ist. Aufgrund der heutzutage üblichen
Kompaktbauweise ist jedoch innerhalb des Motorraums insbesondere
im Bereich neben dem Motor oftmals nur ein geringer Freiraum vorhanden.
Auch zwischen Motor und Rädern ist oftmals nicht ausreichend
Platz vorhanden, um ein entsprechendes Lenkgetriebe einzubauen.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass das Lenkgetriebe zusätzlich
zu der Kugelumlaufspindel die mit dieser verbundene Zahnstange benötigt,
um gleichzeitig die Lenkkraftunterstützung sowie die Lenkwinkelüberlagerung
realisieren zu können. Das Lenkgetriebe besitzt somit einen
komplizierten Aufbau, was mit relativ hohen Herstellungskosten verbunden
ist.
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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, kostengünstig ist und einen kompakten
Aufbau besitzt.
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Ausgehend
von einem Lenkgetriebe der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe
erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
die Kugelumlaufmutter mit einem Lenkrad antriebswirksam verbunden
ist und dass die Lenkwinkelüberlagerungsanordnung die Kugelumlaufmutter
zur Erzeugung eines effektiven Lenkwinkels zusätzlich selektiv
antreibt. Dadurch, dass die Kugelumlaufmutter antriebswirksam mit
dem Lenkrad verbunden ist, sind keine zusätzlichen Komponenten,
beispielsweise Zahnstange und Ritzel, erforderlich, um eine Lenkwinkelüberlagerung sowie
beispielsweise zusätzlich eine Lenkkraftunterstützung
zu verwirklichen. Somit ist das Lenkgetriebe der Erfindung kleiner
und einfacher ausgebildet sowie günstiger herzustellen
als herkömmliche Lenkgetriebe.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist
die Lenkwinkelüberlagerungsanordnung einen ersten und einen
zweiten Eingang sowie einen Ausgang auf, wobei das Lenkrad mit dem ersten
Eingang, die Winkelstelleinheit mit dem zweiten Eingang und der
Ausgang mit der Kugelumlaufmutter antriebswirksam verbunden sind.
Das Lenkrad wird somit über die Lenkwinkelüberlagerungsanordnung
mit der Kugelumlaufmutter antriebswirksam verbunden, wobei gleichzeitig über
den zweiten Eingang der effektive Lenkwinkel beeinflusst werden kann.
Liegt beispielsweise am zweiten Eingang kein Steuersignal der Winkelstelleinheit
an, so befindet sich das Lenkgetriebe in einem ersten Betriebsmodus,
in dem keine Lenkwinkelkorrektur stattfindet. Bei entsprechend anliegendem
Steuersignal der Winkelstelleinheit wird hingegen ein zweiter Betriebsmodus eingestellt,
in dem eine gewünschte Lenkwinkelkorrektur erfolgt.
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Beispielsweise
kann durch die Lenkwinkelüberlagerungsanordnung 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 Drehzahl erzeugt werden. Je nach Fahrzustand,
der beispielsweise durch entsprechende Sensoren ermittelt werden
kann, werden durch die Lenkwinkelüberlagerungsanordnung
somit eine resultierende Drehzahl und damit ein effektiver Lenkwinkel
erzeugt, der optimal auf den Fahrzustand angepasst ist.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind
sowohl die Lenkwinkelüberlagerungsanordnung als auch die
Winkelstelleinheit koaxial zu der Spindellängsachse innerhalb
eines Lenkgetriebegehäuses angeordnet. Die koaxiale Anordnung
der Lenkwinkelüberlagerungsanordnung sowie der Winkelstelleinheit
inner halb eines Lenkgetriebegehäuses ermöglicht
eine kompakte Lenkgetriebeanordnung, die leicht Platz innerhalb
eines Motorraums findet.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die
Lenkwinkelüberlagerungsanordnung ein Planetengetriebe,
dessen Ausgang mit der Kugelumlaufmutter antriebswirksam verbunden ist,
wobei die Kugelumlaufmutter durch das Planetengetriebe entsprechend
einem vom Fahrer vorgegebenen, auf den ersten Eingang wirkenden
Lenkdrehmoment angetrieben wird. Die beiden Eingänge bzw.
der Ausgang der Lenkwinkelüberlagerungsanordnung bilden
somit die Eingänge bzw. den Ausgang des Planetengetriebes.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das
Planetengetriebe ein Eingangszahnrad, zumindest ein mit dem Eingangszahnrad
kämmendes, an einem Planetenträger drehbar gelagertes
Planetenrad sowie ein mit dem Planetenrad kämmendes Ausgangszahnrad.
Bevorzugt sind dabei das Eingangszahnrad und/oder der Planetenträger
und/oder das Ausgangszahnrad koaxial zu einer gemeinsamen Drehachse,
insbesondere zu der Spindellängsachse angeordnet. Auch
dadurch wird wiederum eine besonders kompakte Bauweise des erfindungsgemäßen
Lenkgetriebes erreicht.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
ist der Planetenträger in einem ersten Betriebsmodus, in
dem keine Lenkwinkelkorrektur stattfindet, unverdrehbar gehalten,
während er in einem zweiten Betriebsmodus, in dem eine Lenkwinkelkorrektur
stattfindet, von der Winkelstelleinheit angetrieben ist.
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Bevorzugt
bilden das Eingangszahnrad den ersten Eingang und/oder der Planetenträger
den zweiten Eingang und/oder das Ausgangszahnrad den Ausgang der
Lenkwinkelüberlagerungsanordnung.
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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.
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Grundsätzlich
ist jede Ausbildung der Lenkwinkelüberlagerungsanordnung
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 Lenkwinkelüberlagerungsanordnung 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 Lenkwinkelüberlagerungsanordnung.
Da die beiden Halbwellen gegengleich drehen, muss in diesem Fall
eine Richtungsumkehr vorgesehen werden. Ist das Ausgleichsgehäuse
in Ruhe, so wird eine 1:1-Übersetzung mit umgekehrter Drehrichtung
zwischen erstem Eingang und Ausgang erzeugt.
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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.
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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.
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Generell
kann die Lenkwinkelüberlagerungseinheit als Planetengetriebe
oder als sonstiges Getriebe ausgebildet sein, mit dem die Erzeugung
einer Lenkwinkelüberlagerungseinheit möglich ist.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist das Ausgangszahnrad einstückig mit der Spindelumlaufmutter
ausgebildet. Grundsätzlich können Ausgangszahnrad
und Spindelumlaufmutter auch getrennt voneinander ausgebildet sind
und zur Übertragung des auf das Ausgangszahnrad wirkenden
Drehmoments fest miteinander verbunden sein.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
ist eine Lenkkraftunterstützungsanordnung vorgesehen, die
die Kugelumlaufmut ter zusätzlich selektiv antreibt. Erfindungsgemäß wirken
somit sowohl die Lenkwinkelüberlagerungsanordnung als auch
die Lenkkraftunterstützungsanordnung unmittelbar auf die
Kugelumlaufmutter ein, so dass ein besonders kompakter Aufbau des
erfindungsgemäß ausgebildeten Lenkgetriebes erzielt wird
und keine zusätzlichen Elemente wie z. B. eine Ritzel-Zahnstangen-Kombination
erforderlich sind.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist die Lenkkraftunterstützungsanordnung koaxial zu der
Spindellängsachse innerhalb eines Lenkgetriebegehäuses
angeordnet. Dadurch wird wiederum ein sehr kompakter Aufbau des
Lenkgetriebes erreicht.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
sind die Lenkkraftunterstützungsanordnung, die Lenkwinkelüberlagerungsanordnung
und die Winkelstelleinheit entlang der Spindellängsachse
hintereinander liegend angeordnet. Auch dies führt zu einem
sehr kompakten und geschlossenen Aufbau des Lenkgetriebes.
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Bevorzugt
umfasst die Lenkkraftunterstützungsanordnung einen Elektromotor
und einen durch den Elektromotor antreibbaren Planetenradsatz. Der Elektromotor
umfasst dabei insbesondere einen Stator und einen Rotor, wobei der
Rotor um die Spindellängsachse drehbar gelagert ist.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist eine erste Hohlwelle vorgesehen, durch die die Lenkkraftunterstützungsanordnung
mit der Kugelumlaufmutter verbunden ist, wobei sich die Kugelumlaufspindel
durch die erste Hohlwelle hindurch erstreckt. Durch die Verbindung mittels
einer Hohlwelle kann eine gewünschte, Platz sparende koaxiale
Ausbildung des Lenkgetriebes erreicht werden.
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Vorteilhaft
ist eine zweite Hohlwelle vorgesehen, durch die das Lenkrad drehwirksam
mit der Kugelumlaufmutter verbunden ist, wobei sich die Kugelumlaufspindel
durch die zweite Hohlwelle hindurch erstreckt. Auch diese Hohlwelle
ermöglicht wiederum eine sehr Platz sparende Ausbildung
des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
erstreckt sich die erste Hohlwelle durch die zweite Hohlwelle hindurch.
Auf diese Weise wird erreicht, dass alle Baugruppen des Lenkgetriebes
sehr kompakt hintereinander liegend angeordnet werden können
und gleichzeitig die erforderlichen drehfesten Verbindungen zwischen
den einzelnen Komponenten möglich sind.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
umfasst die Winkelstelleinheit ein Untersetzungsgetriebe und einen
Elektromotor, wobei der Kraftfluss von dem Elektromotor durch das
Untersetzungsgetriebe an die Kugelumlaufmutter erfolgt. Durch die
Verwendung eines Untersetzungsgetriebes kann ein schnell laufender
Elektromotor verwendet werden. Der Elektromotor kann einen Stator
und einen Rotor umfassen, die konzentrisch zur Spindellängsachse
angeordnet sind, wobei der Rotor um die Spindellängsachse
verdrehbar ist. Weiterhin kann das Untersetzungsgetriebe insbesondere
als um die Spindellängsachse drehbar gelagertes Exzentergetriebe
ausgebildet sein.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
ist das vom Fahrer vorgegebene Lenkdrehmoment um eine Achse gerichtet,
die quer oder schräg zur Spindellängsachse verläuft.
Auf diese Weise kann das Lenkgetriebe entsprechend Platz sparend
quer zur Fahrzeuglängsachse eingebaut werden.
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Vorteilhaft
ist die Lenkwinkelüberlagerungsanordnung innerhalb eines
Umlenkgehäuses angeordnet, wobei das Umlenkgehäuse
innerhalb des Lenkgetriebegehäuses drehbar um die Spindellängsachse
gelagert ist. Insbesondere kann dabei das Umlenkgehäuse
gleichzeitig den Planetenträger für das die Lenkwinkelüberlagerungsanordnung
bildende Planetengetriebe bilden, um eine besonders kompakte Ausbildung
des Lenkgetriebes zu erreichen.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist ferner ein Übersetzungsgetriebe vorgesehen, durch welches
das von dem Fahrer vorgegebene Lenkdrehmoment auf die Kugelumlaufmutter übertragen
wird. Dieses Übersetzungsgetriebe bildet somit eine Übersetzungsstufe zwischen
dem Lenkrad und der Kugelumlaufmutter, mit der eine gewünschte Übersetzung
eingestellt werden kann.
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Weiterhin
kann zwischen einer schräg oder quer zur Spindellängsachse
angeordneten Lenkgelenkwelle und der Kugelumlaufmutter ein Getriebe vorgesehen
sein, durch das eine durch das Lenkdrehmoment bewirkte Drehung der
Lenkgelenkwelle in eine Drehung der Kugelumlaufmutter umgesetzt wird.
Dadurch ist eine Anordnung des Lenkgetriebes quer zur Längsachse
des Fahrzeugs möglich.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung wird vorliegend anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben;
in diesen zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Lenkanordnung eines Fahrzeugs mit einem
erfindungsgemäß ausgebildeten Lenkgetriebe,
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2 eine
kinematische Darstellung des erfindungsgemäßen
Lenkgetriebes,
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3 einen
Längsschnitt durch das erfindungsgemäß ausgebildete
Lenkgetriebe,
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4 eine
detaillierte Ansicht eines Abschnittes des Lenkgetriebes aus 3 und
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5 einen
Querschnitt durch das Lenkgetriebe nach 4 entlang
der Linie 5-5.
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1 zeigt
eine Lenkanordnung 1, die ein Lenkrad 2 sowie
ein mit dem Lenkrad 2 über eine Lenkgelenkwelle 4 verbundenes
Lenkgetriebe 6 eines nicht näher dargestellten
Fahrzeugs umfasst.
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Das
Lenkgetriebe 6 umfasst ein Lenkgetriebegehäuse 21,
das quer zum Fahrzeug angeordnet ist. Durch das Lenkgetriebegehäuse 21 ist
eine Kugelumlaufspindel 12 hindurchgeführt, deren
Enden an beiden seitlichen Enden des Lenkgetriebegehäuses 21 hinausragen
und gelenkig mit Spurstangen 14 verbunden sind, durch die
beim Verdrehen des Lenkrads 2 Räder 16 des
Fahrzeugs verschwenkt werden können. Das Lenkgetriebegehäuse 21 ist
dabei entlang einer Spindellängsachse B der Kugelumlaufspindel 12 und
damit quer zum Fahrzeug angeordnet.
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Das
Lenkgetriebegehäuse 21 umfasst weiter einen Gehäuseabschnitt 42,
der entlang einer Achse C verläuft. Durch den Gehäuseabschnitt 42 ist
eine mit der Lenkgelenkwelle 4 gelenkig verbundene Eingangswelle 5 hindurchgeführt,
die um die Achse C verdrehbar gelagert ist.
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Weiterhin
sind Sensoren 18, 20 vorgesehen, über
die vorgegebene Parameter, wie beispielsweise Lenkwinkel oder Drehgeschwindigkeit
des Lenkrads 2 erfasst werden können, und deren
Ausgänge mit Eingängen einer Steuerung 22 verbunden
sind. Ein Ausgang der Steuerung 22 ist wiederum mit einem Eingang
des Lenkgetriebes 6 verbunden, wodurch eine Aktivlenkung
des Fahrzeugs gebildet wird. Insbesondere können durch
die Steuerung 22 eine Lenkwinkelüberlagerungsfunktion
und eine Lenkkraftunterstützungsfunktion des Lenkgetriebes 6 auf der
Grundlage eines Lenkwinkelsignals, eines Lenkgeschwindigkeitssignals
sowie beispielsweise einer Fahrzeuggeschwindigkeit angesteuert werden.
Beispielsweise kann bei einem Verdrehen des Lenkrads 2 der
letztlich auf die Räder 16 wirkende effektive Drehwinkel über
die Steuerung 22 abhängig vom Fahrzustand, der
durch von den Sensoren 18, 20 oder sonstigen geeigneten
Sensoren erfasste Parameter gekennzeichnet ist, beeinflusst werden,
indem dem durch das Lenkrad 2 erzeugten Drehwinkel ein zusätzlicher
Drehwinkel in positiver oder negativer Richtung überlagert
wird.
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Das
erfindungsgemäße Lenkgetriebe 6 wird nun
unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 näher
erläutert.
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In
dem Lenkgetriebegehäuse 21 sind ein Übersetzungsgetriebe 23,
ein Winkelgetriebe 24, eine Lenkwinkelüberlagerungsanordnung 27,
eine Winkelstelleinheit 29 sowie eine Lenkkraftunterstützungsanordnung 33 angeordnet.
Weiterhin erstreckt sich die Kugelumlaufspindel 12 durch
das Lenkgetriebegehäuse 21 hindurch, wobei die
Lenkwinkelüberlagerungsan ordnung 27, die Winkelstelleinheit 29 und
die Lenkkraftunterstützungsanordnung 33 jeweils
koaxial zu der Spindellängsachse B angeordnet sind. Auf
der Kugelumlaufspindel 12 ist eine Kugelumlaufmutter 26 verdrehbar,
jedoch axial unverschiebbar angeordnet, die sowohl mit der Lenkwinkelüberlagerungsanordnung 27 als
auch mit der Lenkkraftunterstützungsanordnung 33 verbunden
ist. Das Lenkgetriebegehäuse 21 besteht im Wesentlichem
aus zwei abgestuften hohlzylindrischen Gehäusehälften 21a, 21b,
wie es insbesondere aus 3 erkennbar ist. Grundsätzlich
kann das Übersetzungsgetriebe 23 auch in einem
separatern Gehäuse außerhalb des Lenkgetriebegehäuses 21 angeordnet
sein.
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Die
Eingangswelle 5 ist mit dem Übersetzungsgetriebe 23 verbunden,
so dass beim Verdrehen des Lenkrads 2 eine Drehbewegung
der Lenkgelenkwelle 4 über die Eingangswelle 5 in
das Übersetzungsgetriebe 23 geleitet und gemäß deren
Lenkwinkelübersetzung entsprechend verändert wird.
Die veränderte Drehbewegung wird durch das Winkelgetriebe 24 zu
der Lenkwinkelüberlagerungsanordnung 27 geführt
wobei das Winkelgetriebe 24 beispielsweise als Schraubrad-,
Kegelrad-, Kronenrad- oder Hypoidkegelradgetriebe ausgeführt
werden kann.
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Das Übersetzungsgetriebe 23 ist
in dem zwei Gehäusehälften 42a, 42b umfassenden
Gehäuseabschnitt 42 unterbracht und umfasst erste
und zweite Planetenradsätze 44, 46. Der
erste Planetenradsatz 44 weist ein Sonnenrad 44S , einen Planetenträger 44PT , Planetenräder 44PR sowie ein Hohlrad 44HR auf. In ähnlicher
Weise umfasst der zweite Planetenradsatz 46 ein Sonnenrad 46S , einen Planetenträger 46PT , Planetenräder 46PR sowie ein Hohlrad 46HR ,
wobei Sonnenrad 44S und Planetenträger 46PT drehfest miteinander verbunden bzw.
einstückig ausgebildet sind. Während die Planetenräder 44PR , 46PR an
den jeweiligen Planetenträgern 44PT , 46PT drehbar gelagert sind, sind die Hohlräder 44HR , 46HR drehfest
mit dem Gehäuseabschnitt 42 verbunden. Der Planetenträger 44PT ist drehfest mit der Eingangswelle 5 verbunden
und wird durch diese angetrieben. Das Sonnenrad 44S sowie
der damit verbundene Planetenträger 46PT wiederum
durch die Planetenräder 44PT angetrieben,
wobei der Planetenträger 46PT die
Planetenräder 46PR und
dadurch letztlich das Sonnenrad 46S antreibt.
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Das
Sonnenrad 46S ist über
eine um eine Achse C drehbar gelagerte Ausgangswelle 48 drehfest
mit dem Winkelgetriebe 24 verbunden. Dazu ist am Ende der
Ausgangswelle 48 ein Zahnrad 50 vorgesehen, das
mit einem Zahnrad 52 kämmt und zusammen mit diesem
das Winkelgetriebe 24 bildet. Das Zahnrad 52 ist
drehfest auf einer ersten Hohlwelle 54 angeordnet, die
koaxial zu der Spindellängsachse B angeordnet ist und durch
die sich die Kugelumlaufspindel 12 hindurch erstreckt.
Da die Achse C schräg zur Spindellängsachse B
verläuft können die Zahnräder 50, 52 beispielsweise
als Schraubenräder ausgebildet sein.
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Die
Hohlwelle 54 erstreckt sich entlang der Kugelumlaufspindel 12 in
Richtung zu der Lenkwinkelüberlagerungsanordnung 27 und
ist drehfest mit einem einen ersten Eingang 55 der Lenkwinkelüberlagerungsanordnung 27 bildenden
Eingangszahnrad 56 verbunden. Insbesondere kann die Hohlwelle 54 einstückig
mit dem Eingangszahnrad 56 ausgebildet sein, wie es aus 3 zu
erkennen ist.
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Die
Lenkwinkelüberlagerungsanordnung 27 ist als Planentengetriebe 28 ausgebildet,
wobei das Eingangszahnrad 56 das eingangsseitige Sonnenrad bildet,
das mit Planetenrädern 60 kämmt. Die
Planetenräder 60 besitzen jeweils zwei koaxial
zueinander angeordnete, fest miteinander verbundene Planetenradabschnitte 58, 64,
wobei der Durchmesser und die Zahnzahl des Planetenradabschnitts 58 jeweils
kleiner als der Durchmesser und die Zahnzahl des Planetenradabschnitts 64 sind.
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Weiterhin
ist ein Umlaufgehäuse 63 vorgesehen, das über
Schrägwälzlager 72 gegenüber
dem Lenkgetriebegehäuse 21 verdrehbar aber unverschiebbar
gelagert ist. Das Umlaufgehäuse 63 bildet einen
Planetenträger 61 des Planetengetriebes 28 und
umfasst zwei Gehäusehälften 63a, 63b,
zwischen denen die Planetenräder 60 drehbar gelagert sind.
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Die
zweiten Planetenradabschnitte 64 der Planetenräder 60 kämmen
jeweils mit einem Ausgangszahnrad 66 der Lenkwinkelüberlagerungsanordnung 27,
das drehfest mit der Kugelumlaufmutter 26 verbunden ist.
Insbesondere kann das Ausgangszahnrad 66, das ein ausgangsseitiges
Sonnenrad des Planetengetriebes 28 bildet, einstückig
mit der Kugelumlaufmutter 26 ausgebildet sein, wie es in 3 dargestellt
ist. Das Ausgangszahnrad 66 bildet somit einen Ausgang 67 und
das Umlaufgehäuse 63 einen zweiten Eingang 62 der
Lenkwinkelüberlagerungsanordnung 27.
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Die
Anzahl der Planetenräder 60 kann der Belastung
und der Montierbarkeit entsprechend variieren, mindestens eins ist
jedoch erforderlich. Um eine gewünschte Übersetzung
zu erreichen, besitzt der Planetenradabschnitt 64 eine
größere Anzahl von Zähnen sowie einen
größeren Durchmesser als der Planetenradabschnitt 58,
wobei die beiden Sonnenräder 56, 66 eine
jeweils daran angepasst unterschiedliche Zähnezahl sowie
einen entsprechend angepassten unterschiedlichen Durchmesser besitzen.
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Die
Kugelumlaufmutter 26 sowie die Hohlwelle 54 sind
in dem Umlaufgehäuse 63 mittels Kugellager 70,
beispielsweise Doppelschrägkugellager drehbar aber axial
unverschiebbar gelagert. An dem von dem Winkelgetriebe 24 abgewandten
Ende des Umlaufgehäuses 63 ist eine Scheibe 74 befestigt,
in der eine Anzahl von sich parallel zur Spindellängsachse
B erstreckenden Stiften 76 eingesetzt ist. Über diese
Stifte 76 ist der zweite Eingang 62 der Lenkwinkelüberlagerungsanordnung 27 mit
der Winkelstelleinheit 29 gekoppelt.
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Die
Winkelstelleinheit 29 umfasst ein Exzentergetriebe 30 sowie
einen ersten Elektromotor 32, die innerhalb des Lenkgetriebegehäuses 21 hintereinander
liegend koaxial zu der Spindellängsachse B angeordnet sind.
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Das
Exzentergetriebe 30 umfasst ein mit dem Lenkgetriebegehäuse 21 fest
verbundenes Hohlrad 80, eine Exzenterwelle 82 sowie
zwei Planetenräder 84, 86. Die Exzenterwelle 82 ist über
ein Lager 81 um die Spindellängsachse B drehbar
an dem Lenkgetriebegehäuse 21 gelagert und besitzt
eine Längsbohrung 83, durch die sich die Kugelumlaufspindel 12 hindurch
erstreckt. Ausgehend von dem dem Lager 82 zugeordneten
freien Ende der Exzenterwelle 82, besitzt diese zunächst
einen konzentrischen Abschnitt 87, an den sich zwei um
180° gegeneinander versetzte exzentrische Ringabschnitte 92, 94 sowie
ein weiterer konzentrischer Abschnitt 95 anschließen.
Der Abschnitt 95 ist dabei über ein Lager 96 drehbar
an der Scheibe 74 gelagert.
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Die
Planetenräder 86, 84 sind jeweils über Lager 89, 91 an
den exzentrischen Ringabschnitten 92 bzw. 94 gelagert,
wie es insbesondere auch aus 5 deutlich
erkennbar ist, so dass auch die beiden Planetenräder 84, 86 um
180° gegeneinander versetzt sind. Die Ringabschnitte 92, 94 sind
um Achsen D bzw. E zentriert, die gegenüber der Spindellängsachse
B in entgegengesetzten Richtungen versetzt sind.
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Die
Stifte 76 ragen in Gleitbuchsen 88, 90 hinein,
die in kreisförmige Öffnungen der Planetenräder 84 bzw. 86 eingesetzt
sind, so dass die Stifte beim Verdrehen der Planetenräder 84 und 86 von diesen
mitgenommen werden. Die Planetenräder 84, 86 sind
von der Exzenterwelle 82 angetrieben und rollen um 180° gegeneinander
versetzt in dem Hohlrad 80 ab.
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Der
Elektromotor 32 umfasst einen fest im Lenkgetriebegehäuse 21 verankerten
Stator 102 sowie einen um die Spindellängsachse
B verdrehbaren Rotor 100, durch den die Exzenterwelle 82,
die Planetenräder 84, 86, die Stifte 76 und
damit das den zweiten Eingang 62 der Lenkwinkelüberlagerungsanordnung 27 bildende
Umlaufgehäuse 63 antreibbar sind. Solange sich
der Rotor 100 nicht dreht, bleibt hingegen auch das Umlaufgehäuse 63 im
Stillstand. In diesem ersten Betriebsmodus übertragen die Zahnräder 58, 64 des
Planetengetriebes 28 die Drehbewegung von dem Eingangszahnrad 56 auf
das Ausgangszahnrad 66 mit einer von der Zähnezahl der
Zahnräder abhängigen gleich bleibenden Übersetzung.
Wird jedoch in einem zweiten Betriebsmodus das Umlaufgehäuse 63 mittels
des Elektromotors 32 angetrieben, wird dessen Drehzahl
dem Ausgangszahnrad 66 überlagert, wodurch eine
variable Übersetzung entsteht. Auf diese Weise wird die
vom Lenker vorgegebene Lenkbewegung beeinflusst und eine Aktivlenkung
verwirklicht.
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Die
jeweils resultierende Drehbewegung des Ausgangszahnrads 66 wird
auf die Kugelumlaufmutter 26 übertragen, die innerhalb
des Lenkgetriebegehäuses 21 verdrehbar aber axial
unverschiebbar gelagert ist. Bei einer Verdrehung der Kugelumlaufmutter 26 wird
daher die durch die Kugelumlaufmutter 26 hindurch geführte
Kugelumlaufspindel 12 axial entlang der Spindellängsachse
B bewegt, wodurch die Bewegung der Räder 16 mit
dem gewünschte effektiven Lenkwinkel erzeugt wird.
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Zusätzlich
zu der Lenkwinkelüberlagerungsanordnung 27 ist
in dem von der Winkelstelleinheit 29 abgewandten Ende des
Lenkgetriebegehäuses 21 die Lenkkraftunterstützungsanordnung 33 vorgesehen,
durch die eine Drehmoment- oder Lenkkraftunterstützung
erfolgt. Die Lenkkraftunterstützungsanordnung 33 umfasst
einen zweiten Elektromotor 34 und ein beispielsweise als
Planetengetriebe 38 ausgebildetes Untersetzungsgetriebe,
das über eine koaxial zu der Spindellängsachse
B angeordnete Hohlwelle 40 mit der Kugelumlaufmutter 26 drehwirksam verbunden
ist. Dabei ist zum einen die Kugelumlaufspindel 36 in der
Hohlwelle 40 axial frei bewegbar und zum anderen die Hohlwelle 40 innerhalb
der Hohlwelle 54 verdrehbar angeordnet.
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Die
drehfeste Verbindung zwischen der Hohlwelle 40 und der
Kugelumlaufmutter 26 erfolgt über ein Keilwellenprofil 110,
das an dem freien Ende der Hohlwelle 40 ausgebildet ist.
Das andere Ende der Hohlwelle 40 weist einen radial erweiterten
Abschnitt auf, der als Planetenträger 38PT des
Planetengetriebes 38 ausgebildet ist. Das Planetengetriebe 38 umfasst
weiterhin an dem Planetenträger 38PT drehbar
gelagerte Planetenräder 38PR sowie
ein mit dem Lenkgetriebegehäuse 21 fest verbundenes Hohlrad 38HR und ein Sonnenrad 38S .
Das Sonnenrad 38S ist mit einem
Rotor 104 drehfest verbunden, der zusammen mit einem fest
mit dem Lenkgetriebegehäuse 21 verbundenen Stator 106 den
zweiten Elektromotor 34 bildet.
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Zur
Lenkkraftunterstützung wird der Elektromotor 34 von
der Steuerung 22 angesteuert, so dass das erzeugte Drehmoment über
die Hohlwelle 40 direkt auf die Spindelumlaufmutter 26 übertragen
und dem vom Lenker über das Lenkrad 2 aufgebrachten Lenkdrehmoment überlagert
wird.
-
Das
erfindungsgemäße Lenkgetriebe besitzt einen kompakten
und einfachen Aufbau, so dass es ohne Probleme innerhalb des Motorraums
eines Fahrzeugs eingebaut werden kann. Durch den Einbau quer zur
Fahrtrichtung und die konsequente koaxiale Anordnung der einzelnen
Komponenten zur Spindellängsachse wird innerhalb des Motorraums im
Bereich des Motors praktisch kein Platz benötigt. Zudem
verwendet das Lenkgetriebe keine zusätzlichen Komponenten,
beispielsweise Zahnstange und Ritzel, um eine mit der Lenkwinkelüberlagerung
kombinierte Lenkkraftunterstützung zu verwirklichen. Somit
sind auch die Herstellungskosten gegenüber herkömmlichen
Lenkgetrieben reduziert.
-
- 1
- Fahrzeuglenkanordnung
- 2
- Lenkrad
- 4
- Lenkgelenkwelle
- 6
- Lenkgetriebe
- 5
- Eingangswelle
- 12
- Kugelumlaufspindel
- 14
- Spurstange
- 16
- Räder
- 18,
20
- Sensoren
- 21
- Lenkgetriebegehäuse
- 21a,
21b
- Gehäusehälften
- 22
- Steuerung
- 23
- Übersetzungsgetriebe
- 24
- Winkelgetriebe
- 26
- Kugelumlaufmutter
- 27
- Lenkwinkelüberlagerungsanordnung
- 28
- Planetengetriebe
- 29
- Winkelstelleinheit
- 30
- Exzentergetriebe
- 32
- Elektromotor
- 33
- Lenkkraftunterstützungsanordnung
- 34
- Elektromotor
- 38
- Planetengetriebe
- 38S
- Sonnenrad
- 38PT
- Planetenträger
- 38PR
- Planetenrad
- 38HR
- Hohlrad
- 40
- Hohlwelle
- 42
- Gehäuseabschnitt
- 42a,
42b
- Gehäusehälfte
- 44,
46
- Planetenradsatz
- 44S, 46S
- Sonnenrad
- 44PT, 46PT
- Planetenträger
- 44PR, 46PR
- Planetenrad
- 44HR, 46HR
- Hohlrad
- 48
- Ausgangswelle
- 50,
52
- Zahnrad
- 54
- Hohlwelle
- 55
- erster
Eingang der Lenkwinkelüberlagerungsanordnung
- 56
- Eingangszahnrad
- 58
- Planetenradabschnitt
- 60
- Planetenräder
- 61
- Planetenträger
- 62
- zweiter
Eingang der Lenkwinkelüberlagerungsanordnung
- 63
- Umlaufgehäuse
- 63a,
63b
- Gehäusehälften
- 64
- Planetenradabschnitt
- 66
- Ausgangszahnrad
- 67
- Ausgang
der Lenkwinkelüberlagerungsanordnung
- 70
- Kugellager
- 72
- Schrägwälzlager
- 74
- Scheibe
- 76
- Stifte
- 80
- Hohlrad
- 81
- Lager
- 82
- Exzenterwelle
- 83
- Längsbohrung
- 84,
86
- Planetenräder
- 87
- konzentrischer
Abschnitt der Exzenterwelle
- 88,
90
- Gleitbuchsen
- 89,
91
- Lager
- 92,
94
- exzentrische
Ringabschnitte der Exzenterwelle
- 95
- konzentrischer
Abschnitt der Exzenterwelle
- 96
- Lager
- 100,
104
- Rotor
- 102,
106
- Stator
- 110
- Keilwellenprofil
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6102151 [0002, 0003]