-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Drehzahlüberlagerungseinrichtung,
insbesondere für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges,
umfassend
- – ein um eine Drehachse
drehbares, von einer Antriebswelle angetriebenes Antriebs-Hohlzahnrad
- – ein um eine Drehachse drehbares, eine Abtriebswelle
antreibendes Abtriebs-Hohlzahnrad
- – einen Planetenträger, der um eine Drehachse drehbar
gelagert ist und von einem Hilfsantrieb um diese Drehachse drehbar
ist,
- – ein auf dem Planetenträger um eine Drehachse drehbar
gelagertes Planetenrad, das mit dem Antriebs-Hohlzahnrad und dem
Abtriebs-Hohlzahnrad in Zahneingriff steht.
-
Drehzahlüberlagerungseinrichtungen
für Lenksysteme von Kraftfahrzeugen sind in vielen unterschiedlichen
Ausführungsformen bekannt. Derartige Drehzahlüberlagerungseinrichtungen
für Lenksysteme von Kraftfahrzeugen werden auch als Drehwinkelüberlagerungseinrichtungen
bezeichnet.
-
Aus
der
WO 2006/072186
A1 ist eine Drehzahlüberlagerungseinrichtung bekannt,
welche eine ersten Zahnscheibe, die mit einer mit dem Steuerrad gekoppelten
Antriebswelle verbunden ist, und eine weitere Zahnscheibe umfasst,
die mit der Abtriebswelle verbunden ist. Die beiden Zahnscheiben
weisen eine unterschiedliche Zähnezahl auf. An einem von
einem Hilfsantrieb drehbaren Planetenträger sind Planetenräder
drehbar gelagert, die in die Verzahnungen der beiden Zahnscheiben
eingreifen. Bevorzugterweise sind die Drehachsen der Planetenräder
gegenüber den Drehachsen der Zahnscheiben geneigt und die
Spitzen (Scheitellinien der Zähne der Zahnscheiben liegen
auf einem entsprechend geneigten Kegelmantel. Es kann dadurch in
einfacher Weise eine unterschiedliche Zähnezahl der beiden Zahnscheiben
realisiert werden. Eine mögliche Ausbildung der Zahnscheiben
in Form von Hohlzahnrädern mit Innenverzahnung ist ebenfalls
genannt. Ein Nachteil dieser Einrichtung besteht insbesondere in der
relativ hohen Geräuschentwicklung, insbesondere da sich
die Planetenräder mit hoher Drehzahl drehen. Der Planetenträger
ist axial neben den beiden Zahnscheiben angeordnet, die ihrerseits
axial direkt benachbart sind.
-
Aus
der
DE 10 2004
052 562 B3 ist eine Überlagerungseinrichtung für
eine Kraftfahrzeuglenkung bekannt, bei der an einer mit einem Steuerrad verbundenen
Antriebswelle eine erste Zahnscheibe angeordnet ist. Mit der Abtriebswelle
ist ein Gehäuse mit einem darin angeordneten Elektromotor
als Hilfsantrieb drehfest verbunden. Vom Hilfsantrieb wird ein Rotor
angetrieben, wobei die Rotorwelle an einem Ende abgeknickt ausgeführt
ist und darauf eine um die Achse taumelnde Zahnscheibe aufweist. Eine
weitere Zahnscheibe ist am drehenden Gehäuse angeordnet
und die taumelnde Zahnscheibe ist gleichzeitig mit einem jeweiligen
Teilbereich der beiden Zahnscheiben in Eingriff. Diese Einrichtung
besitzt den Nachteil, dass das Gehäuse und entsprechend weitere
Komponenten, einschließlich des Elektromotors, sich mit
der Antriebswelle mitdrehen. Das verursacht erhöhte Trägheitsmomente,
die beispielsweise beim Einsatz in einem Lenksystem, störend
sein können. Weiters ist der elektrische Anschluss des
mitdrehenden Elektromotors aufwändig.
-
Eine
Drehzahlüberlagerungseinrichtung der eingangs genannten
Art ist aus der
DE
10 2004 057 925 A1 bekannt. Hierbei ist ein einzelnes Planetenrad
gleichzeitig mit dem von der Antriebswelle angetriebenen Hohlzahnrad
und mit dem die Abtriebswelle antreibenden Hohlzahnrad in Eingriff.
Das auf einem in Form einer Exzenterwelle ausgebildeten Planetenträger
drehbar gelagerte Planetenrad besitzt hierbei einen Radius, der
größer ist als seine Exzentrizität gegenüber
den Drehachsen der Hohlzahnräder, d. h. es erstreckt sich über
die Drehachsen der Hohlzahnräder bzw. besitzt auf allen
Seiten der Drehachsen der Hohlzahnräder liegende Teilabschnitte. Durch
diese Ausbildung wird eine geringere Geräuschentwicklung
als bei anderen Überlagerungseinrichtungen erreicht. Zum
Antrieb der Exzenterwelle dient als Hilfsantrieb ein in der hohlen
Antriebswelle (= Lenkrohr) angeordneter Elektromotor. Ein Nachteil besteht
hierbei u. a. darin, dass die Stromzufuhr zum Elektromotor über
ein flexibles Bandkabel oder Schleifkontakte erfolgen muss.
-
Eine
weitere Drehzahlüberlagerungseinrichtung der eingangs genannten
Art geht aus der
DE
10 2005 005 425 A1 hervor. In der hohlen Antriebswelle (=
Lenkrohr) ist ein Elektromotor angeordnet, dessen Rotor mit einer
Excenterwelle (= Planetenträger) verbunden ist, die auf
einem Endabschnitt der Antriebswelle drehbar gelagert ist. Mit dem
Planetenrad ist ein Mitnehmerelemente aufweisender Flansch verbunden,
der sich durch einen Zwischenraum zwischen den mit dem Planetenrad
in Eingriff stehenden Hohlzahnrädern soweit radial nach
Außen erstreckt, dass die in dem Flansch angeordneten Mitnehmerelemente
in Ausnehmungen eines Übertragungsringes eingreifen. Über
ein Schaltelement zur Unterbindung einer Drehbewegung ist der Übertragungsring zumindest
teilweise mit einem fahrzeugfesten Widerlager verbindbar.
-
Die
DE 10 2005 033 494
A1 schlägt eine Anordnung des Elektromotors im
Bereich radial innerhalb des Planetenträgers vor. Der Vorteil
besteht hierbei in der Verkürzung der axialen Baulänge,
wobei es allerdings zu großen radialen Abmessungen kommt.
Die mit der Antriebswelle und Abtriebswelle verbundenen topfförmigen
Hohlzahnräder können mit ihren offenen Seiten
zueinander gerichtet sein. In einer weiteren Ausführungsform
liegt das eine dieser Hohlzahnräder innerhalb des anderen,
wobei die offenen Seiten in die gleiche Richtung weisen.
-
Spezielle
Verzahnungen für Getriebezahnräder sind aus der
Fachliteratur bekannt. Beispielsweise sind spezielle Verzahnungen,
die auch für Drehzahlüberlagerungseinrichtungen
einsetzbar sind, bekannt aus: Karlheinz Roth: „Zahnradtechnik,
Evolventen-Sonderverzahnungen zur Getriebeverbesserung", Springer-Verlag
Berlin Heidelberg 1998, ISBN 3-540-64236-6.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, eine demgegenüber verbesserte Drehzahlüberlagerungseinrichtung
der eingangs genannten Art bereitzustellen. Erfindungsgemäß gelingt
dies durch eine Drehzahlüberlagerungseinrichtung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1.
-
Bei
der Drehzahlüberlagerungseinrichtung der Erfindung wird
der Planetenträger an einem Antriebsabschnitt des Planetenträgers
angetrieben, welcher sich durch einen Zwischenraum zwischen den
axial beabstandeten Hohlzahnrädern erstreckt. Somit kann
der Hilfsantrieb außerhalb der Hohlzahnräder und
auch außerhalb der Antriebswelle oder Abtriebswelle angeordnet
sein. Dadurch vereinfach sich auch die elektrische Energieversorgung
des Hilfsantriebs.
-
Vorzugsweise
steht der Antriebsabschnitt des Planetenträgers mit einem
Rotortopf in Eingriff, welcher um die gleich Drehachse wie der Planetenträger
drehbar gelagert ist und der vom Hilfsantrieb antreibbar ist. Auf
diese Weise kann ein einfacher und stabiler Drehantrieb für
den Planetenträger ausgebildet werden.
-
Vorteilhafterweise
ist eine fahrzeugfeste Trägeranordnung vorhanden, von der
zumindest ein Abschnitt der Antriebs- und/oder Abtriebswelle drehbar gelagert
ist. Vorzugsweise ist diese Trägeranordnung gehäuseförmig
ausgebildet und umgibt das die Hohlzahnräder und das Planetenrad
aufweisende Überlagerungsgetriebe der Drehzahlüberlagerungseinrichtung.
-
Eine
vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass ein Endabschnitt
der Antriebs- oder ein Endabschnitt der Abtriebs-Welle als Hohlwelle
ausgebildet ist und ein Endabschnitt der anderen dieser beiden Wellen
in diesen hohl ausgebildeten Endabschnitt ragt und gegenüber
diesem durch mindestens ein Wälzlager drehbar gelagert
ist. Die den hohlen Endabschnitt aufweisende Welle ist vorzugsweise
in unmittelbarer Nähe selbst gegenüber der fahrzeugfesten
Trägeranordnung drehbar gelagert. „In unmittelbarer
Nähe" bedeutet hierbei, dass der axiale Abstand zwischen
der Mitte (bezogen auf die Axialrichtung) des die Welle gegenüber
der Trägeranordnung lagernden Lagers und der Mitte (wiederum bezogen
auf die Axialrichtung) des zwischen den beiden Wellen angeordneten
Wälzlagers oder des axial nächstgelegenen dieser
Wälzlager um weniger als den doppelten Wert des Außendurchmessers
dieses (nächstgelegenen) zwischen den beiden Wellen angeordneten
Wälzlagers beabstandet ist, vorzugsweise um weniger als
den einfachen Wert dieses Außendurchmessers. Ein Abstand
von weniger als der Hälfte dieses Außendurchmessers
ist besonders bevorzugt. Auch eine Anordnung dieses (nächstgelegenen)
zwischen den beiden Wellen angeordneten Wälzlagers direkt
unterhalb (radial innerhalb) des die aufnehmende Welle gegenüber
der Trägeranordnung lagernden Wälzlagers ist vorteilhaft
vorsehbar. Es kann dadurch eine vorteilhafte Lagerung dieser Wellen
erreicht werden, insbesondere eine bessere Führung gegenüber
Durchbiegungen.
-
Die
Antriebswelle und die Abtriebswelle müssen nicht als klassisch
stab- oder rohrförmige Wellen ausgebildet sein, sie können
auch als massive Bauteile mit beispielsweise nicht runder Form,
wie beispielsweise als Gelenkteil oder Teil eines Kugelgewindetriebes
oder anderer Komponenten, ausgebildet sein. Auch kann die Antriebs-
und Abtriebsfunktion gegeneinander vertauscht sein.
-
Durch
ein Fluchten der Drehachsen der Antriebswelle und der Abtriebswelle,
d. h. diese Drehachsen fallen zusammen, und eine koaxiale Anordnung
des Antriebs-Hohlzahnrads, des Abtriebs- Hohlzahnrads und des Planetenradträgers
kann eine besonders einfache und kompakte Anordnung mit wenigen
bewegten Bauteilen erzielt werden.
-
Eine
vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass der Radius des
Planetenrades größer als seine Exzentrizität
gegenüber der Drehachse des Planetenträgers ist.
Es kann dadurch eine geringe Drehzahl mit großer Zahnüberdeckung
erreicht werden und somit eine geräuscharme, aus wenigen
Bauteilen aufgebaute Konstruktion bereitgestellt werden.
-
Gemäß einer
Ausbildungsform der Erfindung ist das Planetenrad in Form eines
Einfachplanetenrades ausgeführt, d. h. das Planetenrad
weist eine durchgehende, z. B. profilverschobene, Verzahnung auf,
von der ein Abschnitt ihrer axialen Ausdehnung mit dem Antriebs-Hohlzahnrad
und ein Abschnitt ihrer axialen Ausdehnung mit dem Abtriebs-Hohlzahnrad
in Eingriff gelangt. Eine unterschiedliche Anzahl der Zähne
der Hohlzahnräder kann in diesem Fall durch eine Profilverschiebung
in den Verzahnungen der Hohlzahnräder ausgebildet werden.
-
Gemäß einer
anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Planetenrad
in Form eines Stufenplanetenrads ausgebildet, d. h. es sind zwei
Verzahnungsbereiche mit unterschiedlichen oder auch gleichen Zähnezahlen
oder Verzahnungsgeometrien vorhanden, von denen der eine Verzahnungsbereich mit
dem Antriebs-Hohlzahnrad und der andere Verzahnungsbereich mit dem
Abtriebs-Hohlzahnrad in Eingriff steht. Das Antriebs- und das Abtriebshohlzahnrad
können in diesem Fall unterschiedliche Durchmesser mit
je nach gewünschter Übersetzung unterschiedlicher
Zähnezahl aufweisen. Der Zahneingriff kann so optimaler
ausgelegt werden.
-
In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird in die Überlagerungseinrichtung
eine Sicherheitskupplung bzw. eine Schaltung integriert, die im
Fehlerfall oder in besonderen Fahrzeugsituationen – wie
beispielsweise Stromausfall, Ausfall der Steuerung oder ausgeschaltete
Zündung usw. – eine direkte mechanische Kupplung
zwischen An- und Abtriebswelle erzwingt, so dass der Fahrer immer
die vollständige Kontrolle über das Lenkungssystem
hat. Die Kupplung kann beispielsweise in sehr einfacher Weise durch
das Blockieren des Rotors des Hilfsantriebes in Bezug auf den Startor
bzw. die Trägeranordnung oder durch das Blockieren eines
vom Hilfsantrieb angetriebenen Rotortopfes, z. B. durch Rastbolzen
gesteuert, gegenüber der Trägeranordnung erfolgen.
-
Entsprechend
der vorgestellten Erfindung ist sowohl die Anordnung der Überlagerungseinrichtung zwischen
Lenkgetriebe und Steuerrad als auch zwischen Lenkgetriebe und Spurstange
oder im Lenkgetriebe möglich. Die Auswahl erfolgt nach
den jeweiligen Gegebenheiten des Bauraums und nach anderen technischen
und kommerziellen Erfordernissen. Für den Fall, dass die
Einrichtung zwischen Lenkgetriebe und Spurstange oder im Lenkgetriebe
angeordnet ist, wird in der Regel die Abtriebswelle direkt mit einem
Umwandlungsgetriebe zur Übersetzung einer Drehbewegung
in eine Translationsbewegung verbunden sein. Beispielsweise wird
hier direkt eine Kugelgewindemutter angetrieben.
-
Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand
der beiliegenden Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:
-
1 einen
schematischen Aufbau eines Lenksystems mit Hilfskraftunterstützung;
-
2 einen
schematischen Längsmittelschnitt durch eine erste Ausführungsform
einer Drehzahlüberlagerungseinrichtung gemäß der
Erfindung;
-
3 einen
Schnitt entlang der Linie A-A von 2 (ohne
die Trägeranordnung);
-
4 einen
Schnitt entlang der Linie B-B von 2 (ohne
die Trägeranordnung);
-
5 einen
Schnitt entsprechend 2, wobei Teile der Einrichtung
auseinandergezogen dargestellt sind, ohne die Trägeranordnung;
-
6 einen
Längsmittelschnitt in einer gegenüber 2 um
90° gedrehten Schnittebene, ohne die Trägeranordnung;
-
7 einen
Schnitt entlang der Linie C-C von 6;
-
8 einen
Schnitt entsprechend 6, aber Teile der Einrichtung
axial auseinandergezogen dargestellt;
-
9 eine
Schrägsicht der in den 5 und 8 axial
auseinandergezogen dargestellten Teile;
-
10 eine
Explosionsdarstellung des Planetenträgers mit dem Planetenrad;
-
11a und 11b eine
Seitenansicht und Rückansicht des Planetenträger-Grundkörpers
-
12 eine
Schrägsicht der Antriebswelle mit dem Antriebs-Hohlzahnrad;
-
13 eine
Schrägsicht der Abtriebswelle mit dem Abtriebs-Hohlzahnrad;
-
14 einen
Längsmittelschnitt durch eine modifizierte Ausführungsform
der Erfindung (die Trägeranordnung nur teilweise dargestellt);
-
15 eine
Schrägsicht einer modifizierten Ausführungsform
zum Spielausgleich des Planetenrades gegenüber den Hohlrädern
(zusammen mit Lagerteilen), welches hier mehrteilig ausgebildet
ist.
-
Der
in 1 gezeigte schematische Aufbau einer Lenkvorrichtung
als Lenkvorrichtung mit elektrischer Hilfskraftunterstützung
entspricht im Wesentlichen dem Stand der Technik. Sie besteht unter
anderem aus einem Steuerrad 120, einer Lenksäule 121, einem
Lenkgetriebe 122 und den beiden Spurstangen 124.
Die Spurstangen 124 werden durch die Zahnstange 123 angetrieben.
-
Zur
Drehzahlüberlagerung dient die erfindungsgemäße Überlagerungseinrichtung 100, 100' oder 100''.
Die erfindungsgemäße Überlagerungseinrichtung
könnte auch innerhalb des Lenkgetriebes 122 integriert
sein.
-
In
der bevorzugten Ausführungsform befindet sich die Überlagerungseinrichtung
zwischen Steuerrad 120 und Lenkgetriebe 122, beispielsweise an
der mit 100 gekennzeichneten Stelle. In einer weiteren
Ausführungsform wird die Überlagerungseinrichtung
zwischen Lenkgetriebe 122 und Spurstangen 124 oder
im Lenkgetriebe 122 angeordnet. Die Überlagerungseinrichtung 100'' enthält
dann ein Umwandlungsgetriebe zur Übersetzung der Drehbewegung
in eine Translationsbewegung, beispielsweise einen Kugelgewindetrieb.
-
In
allen Ausführungsformen wird – im Normalfall – der
Fahrerwunsch durch das Steuerrad 120 über eine
hier nicht gezeigte Sensorik als Signal 129 in ein Steuergerät 128 eingespeist.
Im Steuergerät 128, eventuell mit Fahrdynamikrechner,
wird daraus, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines Sensorsignals
des Hilfsantriebes des Lenksystems (Signalleitung hier nicht dargestellt)
und/oder der Drehzahlüberlagerungseinheit und/oder weiterer
den Fahrzeugstand beschreiben der Signale, das entsprechende Steuersignal 130, 130', 130'',
beispielsweise eine Steuerspannung, für den vorzugsweise
in Form eines Elektromotors ausgeführten Hilfsantrieb der Drehzahlüberlagerungseinheit
bestimmt und an diesen ausgegeben.
-
Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf die Anordnung der Drehzahlüberlagerungseinrichtung 100, 100', 100'' in
einem Lenksystem für ein nicht spurgebundenes Kraftfahrzeug.
Das Lenksystem kann mit oder ohne Hilfskraftunterstützung
ausgelegt sein. Dabei ist es unerheblich, ob die eventuell vorhandene
Hilfskraftunterstützung des Lenksystems hydraulisch, pneumatisch
oder elektrisch erfolgt.
-
Ein
erstes Ausführungsbeispiel der Überlagerungseinrichtung
gemäß der Erfindung wird im Folgenden anhand der 2 bis 13 erläutert,
wobei dieses Ausführungsbeispiel zum Einsatz in einem Lenksystem
zwischen dem Steuerrad 120 und dem Lenkgetriebe 122 vorgesehen
ist. Die Drehzahlüberlagerungseinrichtung umfasst eine
Antriebswelle 1, die direkt oder indirekt vom Steuerrad 120 angetrieben
wird und eine Abtriebswelle 2, die direkt oder indirekt
die Spurstangen 124 antreibt.
-
Von
der Antriebswelle 1 ist ein um eine Drehachse 4 drehbares
Antriebs-Hohlzahnrad 3 angetrieben. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
ist das Antriebs-Hohlzahnrad 3 unmittelbar von der Antriebswelle 1 angetrieben,
also drehfest mit dieser verbunden oder einstückig mit
dieser ausgebildet. Denkbar und möglich wäre es
auch, den Antrieb des Antriebs-Hohlzahnrads 3 von der Antriebswelle 1 mittelbar
auszubilden, d. h. über mindestens ein weiteres Getriebeglied,
beispielsweise Stirnzahnrad.
-
Die
Abtriebswelle 2 ist von einem um eine Drehachse 6 drehbaren
Abtriebs-Hohlzahnrad 5 angetrieben, vorzugsweise unmittelbar,
d. h. das Abtriebs-Hohlzahnrad 5 ist drehfest mit der Abtriebswelle 2 verbunden
oder einstückig mit dieser ausgebildet. Denkbar und möglich
wäre es auch, den Antrieb der Abtriebswelle 2 durch
das Abtriebs-Hohlzahnrad 5 mittelbar auszubilden, d. h. über
mindestens ein weiteres Getriebeglied, z. B. über ein Stirnzahnrad oder über
ein Kardangelenk.
-
Die
Drehachsen 4, 6 der Hohlzahnräder 3, 5 liegen
parallel zueinander, vorzugsweise fallen sie wie dargestellt zusammen,
d. h. die Hohlzahnräder 3, 5 sind koaxial
zueinander.
-
Das
Antriebs- und Abtriebs-Hohlzahnrad 3,5 sind topfförmig
ausgebildet, wobei ihre offenen Seiten zueinander gerichtet sind.
Mit anderen Worten besitzen sie jeweils eine Nabe 11, 13 und
einen von der Nabe in axialer Richtung einseitig abstehenden Hülsenabschnitt 12, 14,
der an seiner Innenseite die jeweilige Verzahnung aufweist, wobei
sich diese Hülsenabschnitte 12, 14 ausgehend
von den Naben 11, 13 aufeinander zu erstrecken
(vgl. 5).
-
Hierbei
sind das Antriebs- und Abtriebs-Hohlzahnrad axial voneinander beabstandet, so
dass ein Zwischenraum 44 zwischen ihnen verbleibt, d. h.
zwischen den freien Enden der Hülsenabschnitte 12, 14 verbleibt
ein Spalt.
-
Mit
den Innenverzahnungen des Antriebs- und Abtriebs-Hohlzahnrads 3, 5 steht
ein stirnverzahntes Planetenrad in Zahneingriff. Das Planetenrad 7 ist
um seine Drehachse 8 auf einem Planetenträger 9 drehbar
gelagert, der sich großteils innerhalb des vom Antriebs-
und Abtriebs-Hohlzahnrad 3, 5 umschlossenen Raum
befindet. Der Planetenträger 9 ist selbst um eine
Drehachse 10 drehbar gelagert. Die Drehachse 10 des
Planetenträgers 9 liegt parallel zu den Drehachsen 4, 6 der
Hohlzahnräder 3, 5 und fällt
vorzugsweise mit diesen zusammen.
-
Die
Drehachse 8 des Planetenrads 7 liegt parallel
zur Drehachse 10 des Planetenträgers 9 und ist
in 2 eingezeichnet.
-
Es
ist nur ein einziges Planetenrad 7 vorhanden, dessen Durchmesser
so groß ist, dass es sich über die Drehachse 10 des
Planetenträgers 9 erstreckt, d. h. es weist auf
allen Seiten der Drehachse 10 des Planetenträgers 9 liegende
Teilabschnitte auf. Mit anderen Worten ist der Radius des Planetenrades 7 größer
als seine Exzentrizität, also der seitliche Versatz v bzw.
Normalabstand seiner Drehachse 8 gegenüber der
Drehachse 10 des Planetenträgers 9. Das
Planetenrad 7 kann somit mit einer relativ großen
Zahnanzahl ausgebildet werden, vorzugsweise ist die Anzahl der Zähne
des Planetenrads 7 nicht geringer als ein Wert von 60%,
vorzugsweise nicht weniger als 70%, der Zahnanzahl des Antriebs-Hohlzahnrads 3 und
Abtriebs-Hohlzahnrads 5.
-
Das
Antriebs-Hohlzahnrad 3 weist eine vom Abtriebs-Hohlzahnrad 5 abweichende
Zähnezahl auf. Um den Eingriff mit dem als Einfachplanetenrad ausgebildeten
Planetenrad 7 zu ermöglichen, wird die unterschiedliche
Zähnezahl durch eine Profilverschiebung ausgebildet. Diese
Maßnahme ist dem Verzahnungsfachmann bekannt. Es wird hierbei
eine Profilbezugslinie der Verzahnung der Hohlzahnräder vom
Teilkreisdurchmesser in Richtung Kopfkreisdurchmesser (positive
Profilverschiebung) oder in Richtung Fußkreisdurchmesser
(negative Profilverschiebung) verschoben. Es kann auch eine spezielle Auslegung
des Zahnprofils sowie des Eingriffwinkels erfolgen.
-
Das
Antriebs-Hohlzahnrad 3 mit dem Planetenrad 7 bildet
ein erstes Umlaufgetriebe und das Abtriebs-Hohlzahnrad 5 mit
dem Planetenrad 7 bildet ein zweites Umlaufgetriebe, wodurch
insgesamt ein Überlagerungsgetriebe ausgebildet wird.
-
Der
Planetenträger 9 ist mittels eines Hilfsantriebs 15 um
seine Drehachse 10 drehbar. Vorzugsweise ist der Hilfsantrieb 15 als
Elektromotor ausgebildet, wie schematisch dargestellt. Dieser Elektromotor
umfasst einen Stator 16, der an einer Trägeranordnung 18 gehalten
ist und einen Rotor 17.
-
Zum
Antrieb des Planetenträgers 9 durch den Hilfsantrieb 15 dient
im gezeigten Ausführungsbeispiel ein drehbar gelagerter
Rotortopf 19, dessen Drehachse mit der Drehachse des Planetenträgers 9 zusammenfällt.
Eine etwa „topfförmige" Ausbildung ergibt sich
durch einen das Antriebs-Hohlzahnrad 3 übergreifenden
Abschnitt mit einem größeren Durchmesser und einen
mit dem Rotor 17 des Hilfsantriebs 15 verbundenen
Abschnitt mit kleinerem Durchmesser. Der Rotortopf 19 weist
somit eine hülsenförmige Ausbildung mit Bereichen
unterschiedlichen Durchmessers und einem diese Bereiche verbindenden Boden
auf. In Hinblick auf diese hülsenförmige Ausbildung
könnte dieses Übertragungsteil auch als „Rotorhülse"
bezeichnet werden. Die hülsenför mige Ausbildung
könnte auch eine andere Form aufweisen, beispielsweise
auch einen im wesentlichen konstanten Durchmesser über
ihre gesamte axiale Ausdehnung, wobei die Anbindung an den Rotor
beispielsweise über ein weiteres Getriebeglied erfolgen
könnte oder der Rotor 17 einen größeren
Durchmesser aufweisen könnte oder außen liegend
des Stators 16 angeordnet sein könnte.
-
Der
Planetenträger 9 besitzt einen Antriebsabschnitt 20,
der sich durch einen axialen Zwischenraum zwischen dem Antriebs-Hohlzahnrad 3 und
dem Abtriebs-Hohlzahnrad 5 erstreckt und mit dem Rotortopf 19 in
Wirkverbindung steht, beispielsweise mittels eines Außengewindes,
das in ein Innengewinde des Rotortopfs 19 eingreift.
-
Die
fahrzeugfeste Trägeranordnung 18 (vgl. 2)
umgibt das von den Hohlzahnrädern 3, 5 und dem
auf dem Planetenträger 9 drehbar gelagerten Planetenrad 7 gebildete Überlagerungsgetriebe
gehäuseartig. Beispielsweise besteht die Trägeranordnung 18 aus
zwei oder mehr axial zusammensetzbaren Teilen, wobei ein Gehäusedeckel 43 zum
Verschluss des Gehäuses dient. Zumindest ein Abschnitt
der Antriebswelle 1 und/oder Abtriebswelle 2 ist
von der Trägeranordnung 18 drehbar gelagert. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel ist die Antriebswelle 1 mittels
eines Wälzlagers 45 gegenüber der Trägeranordnung
drehbar gelagert, wobei das Wälzlager 45 auf einer
starr mit der Antriebswelle 1 verbundenen Hülse 46 angeordnet
ist. Die Hülse 46 könnte auch entfallen
und das Wälzlager 45 direkt auf der Antriebswelle 1 angeordnet
sein.
-
Die
Abtriebswelle 2 ist im axialen Abstand von der Lagerung
der Antriebswelle 1 mittels eines außen liegenden
Wälzlagers 21 drehbar gegenüber der Trägeranordnung 18 gelagert.
Weiters besitzt die Abtriebswelle 2 einen in Form einer
Hohlwelle ausgebildeten Endabschnitt 22, in den ein Endabschnitt
der Antriebswelle 1 ragt und gegenüber dem Endabschnitt 22 der
Abtriebswelle 2 über innen liegende Wälzlager 23, 24,
z. B. Nadellager, drehbar gelagert ist. Das weiter abtriebsseitig
dieser innen liegenden Wälzlager 23, 24 liegende
Wälzlager 23 befindet sich hierbei in unmittelbarer
Nähe des außen liegenden Wälzlagers 21.
Obwohl im gezeigten Ausführungsbeispiel ein axialer Abstand
zwischen dem Wälzlager 23 und dem Wälzlager 21 vorhanden
ist, könnte das Wälzlager 23 vorteilhafterweise
auch direkt radial innerhalb des Wälzlagers 21 angeordnet sein.
Das außen liegende Wälzlager 21 lagert
die den hohlen Endabschnitt aufweisende Abtriebswelle 2 vorzugsweise
im Bereich dieses hohlen Endabschnitts 22.
-
Denkbar
und möglich ist auch die „umgekehrte" Ausbildung,
bei der die Antriebswelle 1 den hohlen Endabschnitt aufweist,
der einen Endabschnitt der Abtriebswelle 2 aufnimmt, wobei
die Lagerung der Wellen 1, 2 in analoger Weise
ausgebildet ist.
-
Wie
insbesondere aus 10 ersichtlich ist, umfasst
der Planetenträger 9 im gezeigten Ausführungsbeispiel
einen Planetenträger-Grundkörper 25 und
einen mittels Schrauben 26 mit diesem verbundenen Planetenträger-Deckel 27.
Auf einem in Form eines Fortsatzes ausgebildeten exzentrischen Lagerabschnitt 28 des
Planetenträger-Grundkörpers 25 ist das
Planetenrad 7 unter Zwischenschaltung eines Wälzlagers 29,
beispielsweise Nadellagers, drehbar gelagert. Zwischen dem Wälzlager 29 und
dem Lagerabschnitt 28 kann noch wie dargestellt eine Lagerhülse 30 an geordnet
sein. Der Lagerabschnitt 28 besitzt eine zur Drehachse 10 des
Planetenträgers 9 zentrische Durchtrittsöffnung 31 für
den Durchtritt der Antriebs- und/oder Abtriebswelle 1, 2.
-
Der
Planetenträger-Grundkörper 25 weist weiters
den durch den Zwischenraum zwischen den Hohlzahnrädern 3, 5 sich
erstreckenden Antriebsabschnitt 20 auf.
-
Auf
der Seite des Planetenträger-Deckels 27 kann weiters
noch wie dargestellt ein Anlaufring 32 zur axialen Abstützung
des Planetenrades 7 vorhanden sein.
-
Der
Planetenträger-Grundkörper 25 ist vorteilhafterweise
weiters mit Auswuchtgewichten ausgestattet, um die Masseverteilung
gegenüber der Drehachse 10 auszugleichen (nicht
dargestellt in den Fig.) Der Planetenträger 9 könnte
auch als „Exzenterwelle" bezeichnet werden.
-
Der
Rotortopf 19 ist mittels eines Wälzlagers 33 gegenüber
der Trägeranordnung 18 drehbar gelagert.
-
Zur
Lagerung des Planetenträgers 9 um seine Drehachse 10 dient
ein den Planetenträger 9 gegenüber der
Antriebswelle 1 drehbar lagerndes Wälzlager 54.
-
Vorzugsweise
ist weiters eine Bremse für den Planetenträger 9 vorhanden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird diese von einer auf
dem Rotortopf 19 axial verschiebbaren Bremsscheibe 34 gebildet,
die mit einem Elektromagneten 35 zusammenwirkt. Der aktivierte
Elektromagnet 35, der von einem Bremsträger 36 gehalten
ist, zieht die Bremsscheibe 34 gegen die Kraft eines federelastischen
Elements (nicht dargestellt) gegen ein Reibelement 37.
-
Durch
die Bremse kann der Planetenträger 9 gegenüber
der Trägeranordnung 18 ortsfest festgesetzt werden.
In 2 sind weiters noch ein Drehwinkelgeber 38 und
ein Drehzahlmesser 39 dargestellt. Diese können
Eingangssignale für das Steuergerät 128 (vgl. 1)
liefern.
-
Beispielsweise
liegt das Verhältnis der Anzahl der Zähne zwischen
Antriebs-Hohlzahnrad 3 und Abtriebs-Hohlzahnrad 5 im
Bereich von 0,9 bis 0,98, z. B. bei etwa 0,95. Als Beispiel wird
eine Anzahl von 63 Zähnen für das Antriebs-Hohlzahnrad 3 und
eine Anzahl von 66 Zähnen für das Abtriebs-Hohlzahnrad 5 genannt.
Das Planetenrad 7 kann dann beispielsweise 53 Zähne
aufweisen.
-
Die
maximale Drehzahl, mit der der Planetenträger 9 vom
Hilfsantrieb 15 angetrieben wird, liegt vorzugsweise im
Bereich von 400 bis 600 Umdrehungen pro Minute. Die maximale Drehzahl
des Planetenrades 7 kann dann beispielsweise im Bereich
von 470 bis 710 Umdrehungen pro Minute liegen. Dies ermöglicht
schon von der vergleichsweise geringen Drehzahl her einen geräuscharmen
Lauf.
-
Das
gesamte Übersetzungsverhältnis der erfindungsgemäßen
Drehzahlüberlagerungseinrichtung kann beispielsweise im
Bereich zwischen 1:15 und 1:25 liegen, insbesondere bei etwa 1:21.
-
Bei
ruhendem Hilfsantrieb 15 bzw. Planetenträger 9 wird
das Antriebs-Hohlzahnrad annähernd 1:1 übersetzt
(entsprechend dem Verhältnis der Zähnezahl der
Hohlzahnräder 3, 5).
-
Eine
Spielfreiheit bei den Zahneingriffen zwischen den Hohlzahnrädern 3, 5 und
dem Planetenrand 7 kann durch eine elastische Ausbildung
der die Innenverzahnung aufweisenden dünnwandigen Hülsenabschnitte 12, 14 der
Hohlzahnräder 3, 5 erreicht werden, wobei
durch die Dimensionierung eine elastische Vorspannung gegenüber
den Zähnen des Planetenrades 7 ausgebildet wird.
Hierbei ist der Teilkreis-Radius (Wälzkreis-Radius) des
jeweiligen Hohlzahnrads 3, 5 kleiner als der Teilkreisradius
(Wälzkreis-Radius) des Planetenrades 7 plus der
seitliche Versatz v der Drehachse 8 des Planetenrads 7.
Die Differenz kann beispielsweise im Bereich von 0,01 mm bis 0,05
mm liegen. Der Scheitelbereich des Zahnprofils ist dafür
speziell angepasst, wie dies aus der Fachliteratur für
einen radialen Zahneingriff bekannt ist.
-
Als
Spielausgleich kann beispielsweise auch ein axial wirkendes Federprinzip
vorgesehen sein, wie es in 15 dargestellt
ist und grundsätzlich bereits bekannt ist. Das Planetenrad 7 ist
hier mehrteilig ausgebildet und besitzt ein zentrales Ritzel 47 und demgegenüber
schmälere Seitenritzel 48, 49. Diese sind über
Schrägflächen 50 derart mit dem zentralen Ritzel 47 gekoppelt,
dass es bei einer axialen Verschiebung gegenüber dem zentralen
Ritzel 47 zu einer geringfügigen Verdrehung (um
einen Teil des Abstandes zwischen zwei Zähnen) gegenüber
dem zentralen Ritzel 47 kommt. Mittels eines die Seitenritzel 48, 49 in
Richtung zum zentralen Ritzel 47 beaufschlagenden Federelements 51 (als
Federring ausgebildet) wird eine Vorspannung zwischen den miteinander
in Eingriff stehenden Zähnen der Seitenritzel 48, 49 und
der Hohlzahnräder 3, 5 erreicht. Durch das
Federelement werden die Seitenritzel 48, 49 gegenüber
dem zentralen Ritzel 47 in entgegengesetzte Drehrichtungen
beaufschlagt Die Ritzel 47, 48, 49 und
das Federelement 51 liegen zwischen einem Spannring 52 und
einem Bund 53 der Lagerhülse 30. Die
Federkraft ist z. B. so bemessen, dass das Planetenrad 7 bzw.
das zentrale Ritzel 47 bis 15 Nm spielfrei wirkt.
-
Eine
Bremse für den Planetenträger 9 könnte auch
in anderer Weise ausgebildet sein, beispielsweise durch reibschlüssigen
oder formschlüssigen Angriff am Rotortopf 19.
-
Eine
weitere Ausführungsvariante mit einer geringeren axialen
Baulänge ist in 14 dargestellt.
Hier liegt die Achse des Rotors 17 des Hilfsantriebs 15 seitlich
zur Drehachse 10 des Planetenträgers 9 und
der Hilfsantrieb 15 befindet sich außerhalb des
von der Trägeranordnung 18 gebildeten Gehäuses.
Der Antrieb des Rotortopfes 19 erfolgt hier durch einen über
Zahnräder 41, 42 des Hilfsantriebs 15 und des
Rotortopfes 19 laufenden Zahnriemen 40.
-
Denkbar
und möglich wäre beispielsweise auch ein Antrieb
des Rotortopfes 19 über einen Schneckentrieb oder über
andere Getriebeglieder.
-
Auch
ein Antrieb des Planetenträgers 9 am Antriebsabschnitt 20 über
andere Arten von Übertragungsgliedern als der gezeigte
Rotortopf 19 ist denkbar und möglich, z. B. über
Ritzel, Zahnrie men oder einen Schneckenantrieb. Auch ein Direktantrieb
des Antriebsabschnitts 20 des Planetenträgers 9 durch einen
Hilfsantrieb 15 ist denkbar und möglich.
-
Grundsätzlich
denkbar und möglich wäre anstelle eines elektrischen
Hilfsantriebs 15 auch ein hydraulischer oder pneumatischer
Antrieb.
-
Anstelle
einer fluchtenden Ausbildung der Antriebswelle 1 und der
Antriebswelle 2 (d. h. ihre Drehachsen fallen zusammen)
könnten diese auch versetzt zueinander angeordnet sein,
wobei der Antrieb des Antriebs-Hohlzahnrads 3 von der Antriebswelle 1 und/oder
der Antrieb der Abtriebswelle 2 durch das Abtriebs-Hohlzahnrad 5 über
entsprechende Getriebeglieder, beispielsweise Stirnzahnräder
erfolgt.
-
Anstelle
einer Gradverzahnung des Antriebs-Hohlzahnrads 3 und/oder
Abtriebs-Hohlzahnrads 5 und/oder Planetenrads 7 ist
auch eine Schrägverzahnung denkbar und möglich.
-
Die
miteinander in Eingriff stehenden Verzahnungen der Hohlzahnräder 3, 5 und
des Planetenrads 7 sind bevorzugterweise spielfrei oder
spielarm. Spielfreie Verzahnungen müssen kraftschlüssig verspannt
sein, wie dies beispielhaft bereits erläutert worden ist.
Spielarme Zahneingriffe können durch extrem genauer Tolerierung
oder durch nachträgliche Einstellung in bestimmten Umlaufzonen
formschlüssig, ohne zusätzliche Verspannung arbeiten.
-
Weitere
mögliche Ausbildungsformen zur Bereitstellung von spielfreien
oder spielarmen Zahneingriffen sind Konusverzahnungen oder Keilschrägverzahnungen,
wie diese bekannt sind, vgl. beispielsweise die in der Beschreibungseinleitung
genannte Fachliteratur. Es können geradverzahnte Konusräder oder
schräg verzahnte Konusräder oder geradverzahnte
Keilschrägräder oder schräg verzahnte
Keilschrägräder eingesetzt werden. Durch gegenseitige axiale
Verschiebung kann das Spiel beseitigt bzw. minimiert werden. Vorteilhafterweise
kann ein geräuscharmer Lauf erreicht werden und es handelt sich
um kräftige Zahnformen. Die Herstellung kann durch Spritzgießen
bzw. Pressen, z. B. Sinterpressen oder Taumelpressen, oder in Form
von Hohlzahnradringen durch Kaltfließpressen erfolgen.
Keilschrägverzahnungen sind vorteilhafterweise auch spielarm bei
Drehrichtungsumkehr.
-
- 1
- Antriebswelle
- 2
- Abtriebswelle
- 3
- Antriebs-Hohlzahnrad
- 4
- Drehachse
der Antriebswelle
- 5
- Abtriebs-Hohlzahnrad
- 6
- Drehachse
der Abtriebswelle
- 7
- Planetenrad
- 8
- Drehachse
des Planetenrades
- 9
- Planetenträger
- 10
- Drehachse
des Planetenträgers
- 11
- Nabe
- 12
- Hülsenabschnitt
- 13
- Nabe
- 14
- Hülsenabschnitt
- 15
- Hilfsantrieb
- 16
- Stator
- 17
- Rotor
- 18
- Trägeranordnung
- 19
- Rotortopf
- 20
- Antriebsabschnitt
- 21
- außen
liegendes Wälzlager
- 22
- Endabschnitt
- 23
- innen
liegendes Wälzlager
- 24
- innen
liegendes Wälzlager
- 25
- Planetenträger-Grundkörper
- 26
- Schraube
- 27
- Planetenträger-Deckel
- 28
- Lagerabschnitt
- 29
- Wälzlager
- 30
- Lagerhülse
- 31
- Durchtrittsöffnung
- 32
- Anlaufring
- 33
- Wälzlager
- 34
- Bremsscheibe
- 35
- Elektromagnet
- 36
- Bremsträger
- 37
- Reibelement
- 38
- Drehwinkelgeber
- 39
- Drehzahlmesser
- 40
- Zahnriemen
- 41
- Zahnrad
- 42
- Zahnrad
- 43
- Gehäusedeckel
- 44
- Zwischenraum
- 45
- Wälzlager
- 46
- Hülse
- 47
- zentrales
Ritzel
- 48
- Seitenritzel
- 49
- Seitenritzel
- 50
- Schrägfläche
- 51
- Federelement
- 52
- Spannring
- 53
- Bund
- 54
- Wälzlager
- 100,
100', 100''
- Drehzahlüberlagerungs-einrichtung
- 120
- Steuerrad
- 121
- Lenksäule
- 122
- Lenkgetriebe
- 123
- Zahnstange
- 124
- Spurstange
- 128
- Steuergerät
- 129
- Signal
- 130,
130', 130''
- Steuersignal
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2006/072186
A1 [0003]
- - DE 102004052562 B3 [0004]
- - DE 102004057925 A1 [0005]
- - DE 102005005425 A1 [0006]
- - DE 102005033494 A1 [0007]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - „Zahnradtechnik,
Evolventen-Sonderverzahnungen zur Getriebeverbesserung", Springer-Verlag Berlin
Heidelberg 1998 [0008]
- - ISBN 3-540-64236-6 [0008]