DE102008000346A1 - Device for converting rotational movement into translatory movement, has cylindrical component on whose lateral area, helical guide curve and finger-type feeler element engaging with guide curve are located - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung einer rotatorischen Bewegung in eine translatorische Bewegung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des ersten Patentanspruchs.The The invention relates to a device for converting a rotary Movement in a translational movement according to the Features of the preamble of the first claim.
Die
Da in dem bekannten Lenkgetriebe lediglich ein einzelnes Tastelement mit der Führungskurve im Eingriff steht, ist das erste Bauteil immer einer einseitigen Belastung ausgesetzt, wodurch eine Biegelast in das erste Bauteil induziert wird, zudem erfolgt die gesamte Kraftübertragung des Lenkgetriebes über das einzelne Tastelement, wodurch sowohl das gesamte Tastelement, als auch das erste Bauteil an der Berührstelle mit dem Tastelement stark belastet ist. Das Tastelement und das erste Bauteil müssen aus diesen Gründen groß di mensioniert sein, was negative Auswirkungen auf den benötigten Bauraum, das Gewicht und auf die Wirtschaftlichkeit der Herstellung des Lenkgetriebes hat.There in the known steering gear only a single probe element is engaged with the guide curve is the first Component always exposed to a one - sided load, creating a Bending load is induced in the first component, also takes place the entire Power transmission of the steering gear over the individual Tastelement, whereby both the entire probe element, and the first component at the point of contact with the probe element strong is charged. The probe element and the first component must For these reasons, the size should be large negative impact on the required installation space, the weight and on the economy of the production of the steering gear Has.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung zur Umwandlung einer rotatorischen Bewegung in eine translatorische Bewegung zu schaffen, wobei zwischen der translatorischen Bewegung und der rotatorischen Bewegung ein nicht ausschließlich linearer Zusammenhang besteht, bei welcher das erste Bauteil gleichmäßiger und geringer belastet wird und das Tastelement geringerer belastet wird als im aufgezeigten Stand der Technik. Sie wird durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen hiervon ergeben sich aus den Unteransprüchen.task The invention is a device for converting a rotary To create movement in a translational movement, taking between the translational movement and the rotational movement not exclusively linear relationship exists which makes the first component more uniform and smaller is loaded and the probe element is charged less than in pointed out prior art. It is characterized by the characteristics of first claim solved. Further embodiments This is evident from the subclaims.
Zur Lösung dieser Aufgabe befindet sich auf der Mantelfläche des zylinderförmigen ersten Bauteils neben der ersten schraubenförmigen Führungskurve mit einem nicht ausschließlich linearen Steigungsverlauf mindestens eine weitere schraubenförmige Führungskurve, deren Steigungsverlauf dem Steigungsverlauf der ersten Führungskurve entspricht, wobei mit jeder Führungskurve ein fingerartiges Tastelement im Eingriff steht. Die Tastelemente sind wiederum derart mit einem weiteren Bauteil verbunden, dass sie auf einer senkrecht zur Längsachse des ersten Bauteils aufgespannten Ebene mit den Führungskurven im Eingriff stehen. Hierdurch erfolgt bei einer Betätigung der Vorrichtung zwischen dem ersten Bauteil und den Tastelementen eine Relativbewegung, durch welche die rotatorische Bewegung in eine translatorische Bewegung umgewandelt wird.to Solution of this task is located on the lateral surface the cylindrical first component next to the first helical Guide curve with a not exclusively linear Gradient course at least one more helical Guide curve whose slope course the slope course the first guide curve corresponds, with each guide curve a finger-like probe element is engaged. The feeler elements are in turn so connected to another component that they on a perpendicular to the longitudinal axis of the first component spanned Level with the guide curves engaged. hereby takes place upon actuation of the device between the first Component and the probe elements a relative movement, through which the rotational movement is transformed into a translatory movement becomes.
Die Kraftübertragung innerhalb der Vorrichtung erfolgt somit nicht mehr über ein einziges Tastelement sondern über mindestens zwei, wodurch sich die spezifische Belastung der Tastelemente reduziert. Zudem erfolgt die Kraftübertragung zwischen dem ersten Bauteil und den Tastelementen nicht mehr nur an einer Stelle, was starke Belastung des Tastelements und die einseitige und starke Belastung des ersten Bauteils bewirkt hat, sondern an mehreren Stellen gleichzeitig und zwar überall dort, wo ein Tastelement mit einer Führungskurve im Eingriff steht. Um die Belastung dabei besonders gleichmäßig über das erste Bauteil zu verteilen und somit die Biegelasten gegeneinander auszugleichen, sind die Führungskurven und die Tastelemente vorteilhaft gleichmäßig über den Umfang des ersten Bauteils verteilt. Das heißt, dass bei einer Verwendung von zwei Führungskurven diese in einem Winkelabstand von 180° zueinander auf der Mantelfläche des ersten Bauteils angeordnet sind oder bei Verwendung von drei Führungskurven diese in einem Winkelabstand von 120° zueinander auf der Mantelfläche des ersten Bauteils angeordnet sind. Die Verwendung von drei Führungskurven ist dabei besonders vorteilhaft, da hierbei das weitere Bauteil über die drei mit den Führungskurven im Eingriff stehenden Tastelemente statisch bestimmt auf das erste Bauteil aufgestützt ist, wodurch ein gegenseitiges Verkippen des ersten und weiteren Bauteils vermieden werden kann.The Power transmission within the device thus takes place not over a single feeler element but over at least two, thereby increasing the specific load of the sensing elements reduced. In addition, the power transmission between the first component and the feeler elements not only in one place, which is heavy load of the probe element and the one-sided and strong Load of the first component has caused, but at several points simultaneously and everywhere where a probe element with a guide curve is engaged. To the load particularly evenly over the distribute first component and thus the bending loads against each other are the guide curves and the tactile elements advantageously evenly over the circumference of the first component distributed. That means that at one Use of two guide curves these at an angular distance of 180 ° to each other on the lateral surface of the first Component are arranged or when using three guide curves These at an angular distance of 120 ° to each other on the Jacket surface of the first component are arranged. The usage of three guide curves is particularly advantageous because here the other component on the three with the guide curves engaged scanning elements statically determined on the first Component is supported, causing a mutual tilting of the first and further component can be avoided.
Grundsätzlich kann die Vorrichtung in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen realisiert werden, wobei bei der ersten Ausführungsformen das erste Bauteil, beispielsweise über ein Lenkrad oder einen Motor, um seine Längsachse drehbar antreibbar ist und das weitere Bauteil drehfest gehalten ist und entlang der Längsachse des ersten Bauteils verschieblich ist. Hierbei dient das erste Bauteil als Eingangselement für die Vorrichtung, an welchem die rotatorische Bewegung in die Vorrichtung eingeleitet wird und das weitere Bauteil als Ausgangselement, an welchem die translatorische Bewegung von der Vorrichtung abgegriffen wird, beispielsweise mittels einer Betätigungssange oder eines Zugseils. Die zweite mögliche Ausführungsform sieht hingegen vor, dass das erste Bauteil drehfest gehalten ist und entlang seiner Längsachse verschieblich ist und das weitere Bauteil um die Längsachse des ersten Bauteils drehbar antreibbar ist. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform dient dabei das weitere Bauteil als Eingangselement der Vorrichtung, an welchem die rotatorische Bewegung in die Vorrichtung eingeleitet wird und das erste Bauteil als Ausgangselement, an welchem die translatorische Bewegung von der Vorrichtung abgegriffen wird.In principle, the device can be realized in two different embodiments, wherein in the first embodiment, the first component, for example via a steering wheel or a motor, is rotatably driven about its longitudinal axis and the further component is rotatably held and along the longitudinal axis of the first component is displaceable , Here, the first component serves as an input element for the device on which the rotational movement is introduced into the device and the further component as an output element, to which the translational movement of the Device is tapped, for example by means of a Betätigungssange or a pull rope. The second possible embodiment, however, provides that the first component is held against rotation and is displaceable along its longitudinal axis and the other component is rotatably driven about the longitudinal axis of the first component. In contrast to the first embodiment, the further component serves as an input element of the device on which the rotational movement is introduced into the device and the first component as an output element, on which the translational movement is tapped by the device.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die rotatorische Bewegung eines Elektromotors mittels der Vorrichtung in eine translatorische Bewegung vorzugsweise einer Betätigungsstange umgewandelt. Durch den einfachen mechanischen Aufbau der Vorrichtung und die im Allgemeinen einfache Regelung eines Elektromotors kann beispielsweise ein aufwändig herzustellender und zu regelnder Linearelektromotor ersetzt werden. Zur Messung der von der Vorrichtung erzeugten translatorischen Bewegung, kann die Vorrichtung dabei sowohl eingangsseitig einen Drehwinkelgeber aufweisen durch welchen eine Recheneinrichtung unter Miteinbeziehung des Steigungsverlaufes der Führungskurven von der eingeleiteten rotatorischen Bewegung auf die erzeugte translatorische Bewegung schließen kann, als auch ausgangsseitig einen Wegsensor durch welchen direkt auf die erzeugte translatorische Bewegung geschlossen werden kann. Dabei können die Messeinrichtungen die translatorische Bewegung sowohl absolut als auch inkremental ermitteln.In A particularly preferred embodiment of the invention is the rotational movement of an electric motor by means of the device in a translatory movement, preferably an actuating rod transformed. Due to the simple mechanical structure of the device and the generally simple control of an electric motor for example, a complex to produce and to be regulated Linear electric motor to be replaced. To measure the of the device generated translational movement, the device can thereby both on the input side have a rotary encoder by which a computing device incorporating the pitch curve the guide curves of the initiated rotational movement can conclude the generated translatory movement, as well as the output side a displacement sensor through which directly on the generated translatory movement can be closed. there the measuring devices can be the translatory movement determine both absolute and incremental.
Da die Vorrichtung eine geringe Gesamtanzahl von Bauteilen aufweist und konstruktiv einfach durch eine Änderung der Größen der Tastelemente und des ersten und weiteren Bauteils an unterschiedliche Übertragungsleistungen und Einbauverhältnisse angepasst werden kann, eignet sie sich besonders für den Einsatz in elektromechanischen Aktuatoren im Sinne von Linearstellern, insbesondere im Fahrzeugbereich, wo oft kleine oder nur kompliziert geformte Bauräume zur Verfügung stehen. Durch eine geeignete Wahl des Steigungsverlaufs der Führungskurven kann dabei die Stellgeschwindigkeit oder die Stellkraft innerhalb bestimmter Bewegungsbereiche des Aktuators an die dort herrschenden Bedingungen angepasst werden. Beispielsweise kann ein derartiger Aktuator zum Öffnen und Schließen eines Cabrioverdecks verwendet werden, wobei im Bereich der Endstellungen, also im Bereich der Offen- oder Ge schlossen-Stellung des Verdecks höhere Stellkräfte gefordert für sind, als in dem Bereich zwischen den Stellungen, was durch eine entsprechenden angepassten Verlauf der Steigungen der Führungskurven realisiert werden kann.There the device has a small total number of components and structurally simple by changing the sizes the sensing elements and the first and further component to different transmission powers and installation conditions can be adjusted, it is suitable especially for use in electromechanical actuators in the sense of Linearstellern, especially in the vehicle sector, where often small or only complicated shaped installation spaces available stand. By a suitable choice of the pitch curve of the guide curves can be the positioning speed or the force within certain ranges of movement of the actuator to the prevailing there Conditions are adjusted. For example, such a Actuator for opening and closing a convertible top be used, being in the range of end positions, ie in the range the open or closed position of the top higher actuating forces are required for, as in the area between the positions, resulting from a corresponding adjusted course of the slopes the guide curves can be realized.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird über die Vorrichtung ein Lenkrad eines Radfahrzeuges mit mindestens einem lenkbaren Fahrzeugrad gekoppelt, wobei die rotatorische Bewegung des Lenkrades in eine translatorische Bewegung, vorzugsweise einer Spurstange, umgewandelt wird. Die Spurstange wirkt wiederum derart auf das Fahrzeugrad, dass eine Rotation des Lenkrades eine entsprechende Rotation des Fahrzeugrades bewirkt. Gegebenenfalls kann die durch die Vorrichtung umzuwandelnde rotatorische Bewegung hierbei im Sinne einer hilfskraftverstärkten Lenkung zum Teil von einem das Lenkrad bedienenden Fahrzeugführer aufgebracht werden, zum Teil durch einen Elektromotor, welcher sich beispielsweise in Abhängigkeit von der auf das Lenkrad ausgeübten Betätigungskraft aktiviert. Im Sinne eines Steer-by-wire-Systems kann das Lenkrad jedoch auch mechanisch von der Vorrichtung getrennt sein und stattdessen ausschließlich ein Elektromotor mit der Vorrichtung verbunden sein, welcher in Abhängigkeit der Lenkradstellung die rotatorische Bewegung in die Vorrichtung einleitet. Bei einer Verwendung der Vorrichtung in einer Fahrzeuglenkung ist der Steigungsverlauf der Führungskurven vorzugsweise derart gewählt, dass bei einer Rotation des Lenkrades um einen Einschlagwinkel im Bereich einer Mittelstellung der Lenkung, das Fahrzeugrad weniger weit gedreht wird, als bei einer Rotation des Lenkrades um denselben Einschlagwinkel im Bereich eines Maximaleinschlags der Lenkung, wodurch die Lenkung eine so genannte progressive Charakteristik erhält. Hierdurch ist im Bereich der Mittelstellung der Lenkung ein sehr feinfühliges Lenken des Fahrzeuges möglich, was besonders bei hohen Fahrgeschwindigkeiten wichtig ist. Gleichzeitig kann, bei einem verhältnismäßig kleinen Einschlagwinkel des Lenkrades, ein schnelles Einlenken des Fahrzeugrades bis zum Maximaleinschlag erreicht werden, was besonders bei schnellen Lenkmanövern wie beispielsweise beim Einparken oder zum Auswei chen vor einem Hindernis vorteilhaft ist. Grundsätzlich kann der Steigungsverlauf der Führungskurven beliebig, jedoch nicht vollständig linear sein. Dies beinhaltet prinzipiell, dass er streckenweise linear sein kann, wodurch beispielsweise eine mit der Vorrichtung ausgestattete Lenkung einen größtenteils linearen Zusammenhang zwischen dem Einschlagwinkel des Lenkrades und dem Einschlagwinkel des Fahrzeugrades aufweisen kann und lediglich im Bereich des Maximaleinschlags, wie beschrieben, progressiv sein kann.In a further particularly advantageous embodiment of the invention is the device a steering wheel of a wheeled vehicle coupled with at least one steerable vehicle wheel, wherein the rotational movement of the steering wheel in a translatory movement, preferably a tie rod is converted. The tie rod in turn acts on the vehicle wheel such that a rotation of the Steering wheel causes a corresponding rotation of the vehicle wheel. Optionally, the rotational movement to be converted by the device here in the sense of a power assisted steering for Part applied by a driver using the steering wheel be, partly by an electric motor, which for example depending on the force exerted on the steering wheel Actuating force activated. In the sense of a steer-by-wire system However, the steering wheel can also be mechanically separated from the device and instead use only an electric motor with the Device to be connected, which depends on the Steering wheel position initiates the rotational movement in the device. When using the device in a vehicle steering is the Slope course of the guide curves preferably such chosen that with a rotation of the steering wheel by one Steering angle in the area of a middle position of the steering, the Vehicle wheel is rotated less far than with a rotation of the steering wheel around the same steering angle in the range of a maximum impact the steering, making the steering a so-called progressive characteristic receives. This is in the middle position of the Steering a very sensitive steering of the vehicle possible, which is especially important at high speeds. simultaneously can, at a relatively small Steering angle of the steering wheel, a quick turn of the vehicle wheel can be achieved up to the maximum impact, which is especially fast Steering maneuvers such as when parking or to Auswei Chen before an obstacle is advantageous. in principle the pitch curve of the guide curves can be arbitrary, but not completely linear. This includes in principle, that it can be partially linear, whereby, for example, a with the device equipped steering a largely linear relationship between the steering angle of the steering wheel and may have the turning angle of the vehicle wheel and only in the range of maximum impact, as described, be progressive can.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und Zeichnungen näher erläutert aus welchen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen entnommen werden können. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung,in the The invention will be described below with reference to examples and drawings explained in more detail from which further advantageous Embodiments can be removed. Each show in a schematic representation,
Bei
der in
In
der dargestellten Ausführung der Erfindung sind die Führungskurven
Im
Allgemeinen kann durch die Vorschaltung des Getriebes
Die
Vorrichtung
Eine
Rotation der Welle
Der
Steigungsverlauf der Führungskurven
Statt
wie abgebildet kann die Vorrichtung
Das
gezeigte Tastelement
In
Zur
Minderung der Reibung zwischen den Fingern
Das
in
Bei
der in
Eine
weitere Verwendung der Vorrichtung
- 11
- Vorrichtung zur Umwandlung einer Rotation in eine Translationcontraption for converting a rotation into a translation
- 22
- Elektromotorelectric motor
- 33
- Lenkradsteering wheel
- 44
- Betätigungsstangeactuating rod
- 55
- Getriebetransmission
- 66
- erstes Bauteilfirst component
- 77
- Führungskurveguide curve
- 88th
- Tastelementscanning element
- 99
- weiteres Bauteiladditional component
- 1010
- Ebene, welche senkrecht zur Längsachse des ersten Bauteils liegtLevel, which is perpendicular to the longitudinal axis of the first component
- 1111
- Gehäusecasing
- 1212
- Wellewave
- 1313
- Kegelradbevel gear
- 1414
- erste Kontaktflächefirst contact area
- 1515
- zweite Kontaktflächesecond contact area
- 1616
- Schaftshaft
- 1717
- Trägercarrier
- 1818
- Fingerfinger
- 1919
- Spurstangetie rod
- 2020
- Lenkhebelsteering lever
- 2121
- Achsschenkeljournal
- 2222
- Fahrzeugradvehicle
- 2323
- Sensorsensor
- 2424
- Lenkhydraulikhydraulic steering
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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