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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Rotation
einer Eingangswelle in eine Ausgangsbewegung mindestens einer Betätigungsstange
gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des ersten
Patentanspruchs.
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Derartige
Vorrichtungen werden eingesetzt um eine Drehbewegung, beispielsweise
eines Motors oder einer Handkurbel, in eine Stellbewegung einer
oder mehrerer Betätigungsstangen umzuwandeln.
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Die
DE 10 2004 061 834
A1 offenbart eine Vorrichtung in einer Fahrzeuglenkung
zur Umwandlung einer Rotation einer Lenksäule im Sinne
einer Eingangswelle in eine Verschiebung zweier Spurstangen im Sinne
von Betätigungsstangen, wobei die Spurstangen an jeweils
einem Ende einer axial beweglichen Getriebe-Spindel angeordnet sind.
Die Rotation der Lenksäule wird hierbei auf eine Spindel-Mutter übertragen,
welche die Rotation mittels eines Kugelgewindetriebs in eine erste
axiale Verschiebung der Getriebe-Spindel umwandelt. Mit der Spindel-Mutter
ist zudem eine Überlagerungseinrichtung verbunden, welche
mittels eines Aktuators eine zweite axiale Verschiebung der Getriebe-Spindel
bewirkt, wodurch die erste Verschiebung durch die zweite Verschiebung überlagert
wird. Die durch die Überlagerungseinrichtung erzeugte zweite
Verschiebung kann dabei von der Rotation der Eingangswelle abhängig
sein, wodurch ein über den Rotationswinkel der Eingangswelle
veränderliches Übersetzungsverhältnis
der Vorrichtung realisierbar ist.
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In
dem aufgezeigten Stand der Technik erfolgt die Überlagerung
der ersten und zweiten Verschiebung über die Spindel-Mutter,
indem diese rotiert und über den Kugelgewindetrieb die
Getriebe-Spindel verschiebt und gleichzeitig durch die Überlagerungseinrichtung
verschoben wird. Die Spindel-Mutter ist hierzu hülsenförmig
ausgebildet, wobei sich in deren Inneren der Gewindetrieb zur Verschiebung
der Getriebe-Spindel befindet und sich auf deren Äußeren
ein Keilwellenprofil zur Übertragung der Rotation von der
Eingangswelle auf die Spindel-Mutter befindet. Zudem weist die Spindel-Mutter
an einem Ende ein Dreh-Lager auf, über welches diese mit
der Überlagerungseinrichtung drehbar verbunden ist. Zur
Herstellung der Spindel-Mutter sind somit sehr viele fertigungstechnisch unterschiedliche
Arbeitsschritte notwendig, welche sehr genau durchgeführt
werden müssen, um eine bei Fahrzeuglenkungen wichtige Spielfreiheit
zu ermöglichen, wodurch die Herstellung der Vorrichtung sehr
aufwendig und daher kostenintensiv ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Umwandlung einer
Rotation einer Eingangswelle in eine Ausgangsbewegung mindestens einer
Betätigungsstange zu schaffen, welche einen geringeren
Herstellungsaufwand als der Stand der Technik aufweist.
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Sie
wird gemäß den Merkmalen des ersten Patentanspruchs
gelöst. Hiernach umfasst die Vorrichtung mindestens zwei
in axialer Richtung verschiebbare, zueinander beabstandete und parallele Schubstangen,
sowie mindestens eine Koppelstange, welche mit der ersten Schubstange über
ein erstes Drehgelenk, mit der zweiten Schubstange über ein
Drehschubgelenk und mit der Betätigungsstange über
ein zweites Drehgelenk verbunden ist. Dabei wirkt eine Rotation
der Eingangswelle derart auf die erste und die zweite Schubstange,
dass diese in axialer Richtung verschoben werden, wodurch beide Bewegungen
auf die Koppelstange übertragen werden.
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Die
Eingangswelle kann hierbei mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder
hydraulisch mit den Schubstangen gekoppelt sein, wobei eine mechanische
Koppelung, über eine Zahnrad-Zahnstangen-Kombination auf
Grund der einfachen Herstellung vorzuziehen ist. Hierzu befindet
sich beispielsweise auf der Eingangswelle ein erstes Zahnrad, welches
mit einer auf der ersten Schubstange axial befindlichen Zahnstange
kämmt und es befindet sich auf der Eingangswelle ein zweites
Zahnrad, welches mit einer auf der zweiten Schubstange axial befindlichen
zweiten Zahnstange kämmt, wobei eine Rotation der Eingangswelle
eine Rotation der beiden Zahnräder bewirkt, welche in die
Zahnstangen greifen, wodurch diese mitsamt der Schubstangen axial
verschoben werden. Eine elektrische Koppelung der Eingangswelle
mit den Schubstangen kann dergestalt sein, dass auf der Eingangswelle
ein Sensor angeordnet ist, welcher eine Rotation der Eingangswelle
erkennt und dass an den Schubstangen jeweils ein Aktuator angeordnet
ist, welcher die jeweilige Schubstange axial verschieben kann, wobei
die Aktuatoren bei einer Erkennung einer Rotation der Eingangswelle
durch die Sensor angesteuert werden und die Schubstangen dementsprechend
verschieben. Bei einer hydraulischen oder pneumatischen Koppelung sind
beispielsweise auf der Eingangswelle ein oder mehrere Ventile als
Sensoren angeordnet, welche bei Rotation der Eingangswelle ein Druckmedium
in zwei an den Schubstange angeordnete Arbeitszylinder leiten, wodurch
je eine Kolbenstange des Arbeitszylinders aus- oder einfährt.
Die Kolbenstangen sind wiederum mit den Schubstangen verbunden,
wodurch diese beim Aus- oder Einfahren der Kolbenstangen axial verschoben
werden. Selbstverständlich kann hierbei auch eine der Schubstangen
auf die eine Art, beispielsweise mechanisch, mit der Eingangswelle
gekoppelt sein und die andere der Schubstangen auf die andere Art,
beispielsweise elektrisch, mit der Eingangswelle gekoppelt sein.
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Die
Vorrichtung umfasst somit lediglich einfache und genau zu fertigende
Bauteile, welche einfach zusammengebaut werden können,
wodurch der Herstellungsaufwand gegenüber dem Stand der
Technik deutlich reduziert ist.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Schubstangen
durch die Rotation der Eingangswelle unterschiedlich schnell verschoben,
wodurch eine Hebelwirkung der Koppelstange erreichbar ist, welche
einen progressiven oder degressiven Zusammenhang zwischen der Rotati on der
Eingangswelle und der Bewegung der Betätigungsstange erzeugen
kann.
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Eine
bevorzugte Verwendung der Vorrichtung ist in einer Lenkung eines
Fahrzeugs, wobei sie eine Rotation einer Lenkhandhabe, vorzugsweise
eines Lenkrades, in eine Lenkbewegung des Fahrzeugs umwandelt. Hierzu
ist die Betätigungsstange vorzugsweise mit einer weiteren
Betätigungsstange, beispielsweise einer Spurstange, verbunden,
welche durch die Ausgangsbewegung der Betätigungsstange
axial verschoben wird, wobei die weitere Betätigungsstange
wiederum derart auf ein Fahrzeugrad oder ein Ruder wirkt, dass eine
axiale Verschiebung der weiteren Betätigungsstange eine
Lenkbewegung des Fahrzeugs hervorruft. Die Betätigungsstange
der Vorrichtung kann alternativ jedoch auch direkt mit einem Fahrzeugrad
oder Ruder in der Gestalt zusammenwirken, dass die Ausgangsbewegung
der Betätigungsstange über das Fahrzeugrad oder über
das Ruder die Lenkbewegung des Fahrzeugs hervorruft, wodurch die
weitere Betätigungsstange entfallen kann.
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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,
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1 eine
bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung, wobei die Eingangswelle
mechanisch mit der ersten und zweiten Schubstange gekoppelt ist;
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2 die
Vorrichtung aus 1, wobei die Eingangswelle eine
Rotation erfahren hat;
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3 eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung, wobei die Eingangswelle
mechanisch mit der ersten Schubstange gekoppelt ist und elektrisch
mit der zweiten Schubstange gekoppelt ist.
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In
der Vorrichtung in 1 ist auf der Eingangswelle 1 ein
erstes und ein zweites Zahnrad 2, 3 angeordnet,
wobei das erste Zahnrad 2 zur Umwandlung der Rotation der
Eingangswelle 1 in eine axiale Verschiebung einer ersten
Schubstange 4 mit einer auf der ersten Schubstange 4 angeordneten
Zahnstange 5 kämmt und das zweite Zahnrad 3 zur
Umwandlung der Rotation der Eingangswelle 1 in eine axiale
Verschiebung einer zweiten Schubstange 6 mit einer auf
der zweiten Schubstange 6 angeordneten weiteren Zahnstange 5 kämmt,
wobei die erste Schubstange 4 von der zweiten Schubstange 6 beabstandet
ist und parallel zu dieser liegt. Das erste Zahnrad 2 weist
einen kleineren Teilkreisdurchmesser auf, als das zweite Zahnrad 3,
wodurch die Übersetzung zwischen der Eingangswelle 1 und
der ersten Schubstange 4 größer ist,
als die Übersetzung zwischen der Eingangswelle 1 und
der zweiten Schubstange 6. Bei einer Rotation der Eingangswelle 1 wird
somit die zweite Schubstange 6 schneller verschoben, als
die erste Schubstange 4. An den linken und rechten Enden
der Schubstangen 4, 6 sind Koppelstangen 7 angeordnet,
welche je mit einem ersten Drehgelenk 8 an der ersten Schubstange 4 befestigt sind
und mit einem Drehschubgelenk 9 an der zweiten Schubstange 6 befestigt
sind. Mit jeder Koppelstange 7 ist wiederum über
ein zweites Drehgelenk 10 eine Betätigungsstange 11 verbunden,
an welcher bei der Rotation der Eingangswelle 1 die Ausgangsbewegung
abgegriffen werden kann. Dabei sind die Drehgelenke 8, 10 an
den Enden der Koppelstangen 7 angeordnet und die Drehschubgelenke 9 zwischen den
Drehgelenken 8, 10. Die erste Schubstange 4 ist bevorzugt
länger als die zweite Schubstange 6, wodurch die
Koppelstangen 7 und die Schubstangen 4, 6 in
der dargestellten Ausgangsstellung der Vorrichtung in einem spitzen
Winkel, das heißt in einem Winkel kleiner 90°,
zueinander stehen.
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Der
Abgriff der Ausgangsbewegung erfolgt hierbei über zwei
weitere Betätigungsstangen 12, welche über
weitere Drehgelenke 13 mit den Betätigungsstangen 11 verbunden
sind. Bei einer vorteilhaften Verwendung der Vorrichtung in einer
Fahrzeuglenkung wirken die weiteren Betätigungsstangen 12, beispielsweise
im Sinne von Spurstangen, auf mindestens ein Fahrzeugrad oder mindestens
ein Ruder, welches hierdurch bei einer Rotation der Eingangswelle 1 eine
Lenkbewegung des Fahrzeugs erzeugt. Dementsprechend ist die Eingangswelle 1 bevorzugt
mit einer Lenkhandhabe, beispielsweise einem Lenkrad, drehfest verbunden, über
welches ein Fahrzeugbediener eine Lenkrichtung vorgeben kann. Alternativ
hierzu können sie Betätigungsstangen 11 auch
direkt auf das Fahrzeugrad oder das Ruder wirken, wodurch die weiteren
Betätigungsstangen 12 und die weiteren Drehgelenke 13 entfallen
können. Die Drehgelenke 8, 10, 13 sind
auf Grund ihres einfachen Aufbaus bevorzugt Kugelgelenke oder Scharniergelenke.
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Die 2 zeigt
die Vorrichtung aus 1, wobei die Eingangswelle 1 eine
Rotation erfahren hat. Durch diese sind die erste und die zweite
Schubstange 4, 6 nach rechts verschoben, wobei
die Verschiebung der ersten Schubstange 4 auf Grund der höheren Übersetzung
zwischen der Eingangswelle 1 und der Zahnstange 5 kleiner
ist, als die Verschiebung der zweiten Schubstange 6. Die
weiteren Betätigungsstangen 12 sind dabei durch
die Ausgangsbewegungen der Betätigungsstangen 11 ebenfalls
nach rechts Verschoben, wobei die Verschiebung der rechten weiteren
Betätigungsstange 12 durch die größere
Länge der ersten Schubstange 4 gegenüber der
zweiten Schubstange 6 und durch die Hebelwirkung der rechten
Koppelstange 7 während der Rotation der Eingangswelle 1 progressiv
zugenommen hat, während die Verschiebung der linken weiteren Betätigungsstange 12 durch
die Hebelwirkung der linken Koppelstange 7 degressiv abgenommen
hat. Die zurückgelegte Wegstrecke 14 der rechten
weiteren Betätigungsstange 12 ist somit größer,
als die zurückgelegte Wegstrecke 15 der linken
weiteren Betätigungsstange 12.
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Bei
Verwendung der Vorrichtung in einer Lenkung eines Radfahrzeugs wirkt
die rechte weitere Betätigungsstange 12 bevorzugt
als rechte Spurstange auf ein rechtes Fahrzeugrad und die linke
weitere Betätigungsstange 12 bevor zugt als linke
Spurstange auf ein linkes Fahrzeugrad. Somit wird das rechte Fahrzeugrad
bei einer Lenkbewegung nach Rechts stärker eingelenkt als
das linke Fahrzeugrad und bei einer Lenkbewegung nach Links wird
das rechte Fahrzeugrad weniger weit eingelenkt als das linke Fahrzeugrad,
wodurch die Fahrzeugräder bei einer Lenkbewegung des Fahrzeugs
auf zueinander konzentrischen Kreisbahnen abrollen können
und ein reibungsintensives Reiben der Fahrzeugräder auf dem
Fahrbahngrund quer zur Rollrichtung vermindert werden kann.
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3 zeigt
eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung, bei welcher die erste
Schubstange 4 elektrisch mit der Eingangswelle 1 gekoppelt
ist und die zweite Schubstange 6 mechanisch. Hierzu ist
auf der Eingangswelle 1 entsprechend 1 und 2 ein
Zahnrad 3 angeordnet, welches mit einer auf der zweiten
Spurstange 6 angeordneten Zahnstange 5 kämmt,
wodurch die Rotation der Eingangswelle 1 mechanisch in
eine Verschiebung der zweiten Schubstange 6 umgewandelt
wird. Auf der Eingangswelle 1 ist zudem ein Sensor 16 angeordnet,
welcher eine Rotation der Eingangswelle 1 erkennt und hierbei
einen Aktuator 17 ansteuert, der wiederum über eine
Zahnrad-Zahnstangen-Kombination 2, 5 die erste
Schubstange 4 verschiebt, wobei der Aktuator 17 selbstverständlich
auch als Linearaktuator ausgeführt sein kann und direkt
mit der ersten Schubstange 4 verbunden sein kann. Bei der
dargestellten unmittelbaren Koppelung des Sensors 16 mit
dem Aktuator 17, wird dieser proportional zu der vom Sensor 16 erkannten
Rotation der Eingangswelle 1 angesteuert. Um unterschiedliche
Verschiebungsgeschwindigkeiten der ersten und zweiten Schubstange 4, 6 zu
erzielen, weisen die Zahnräder 2, 3 daher
entsprechend 1 und 2 verschiedene
Teilkreisdurchmesser auf.
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Durch
eine nicht dargestellte vorteilhafte Zwischenschaltung einer elektronischen
Steuerung zwischen den Sensor 16 und den Aktuator 17 kann der
Aktuator 17 auch derart angesteuert werden, dass ein beliebiger
Zusammenhang zwischen der Rotation der Eingangswelle 1 und
der Verschiebung der ersten Schubstange 4 besteht. Beispielsweise kann
sich ausgehend von der dargestellten Ausgangsstellung der Vorrichtung
die Verschiebung der ersten Schubstange 4 mit zunehmendem
Drehwinkel der Eingangswelle 1 verstärken oder
abschwächen, dass heißt es kann ein progressiver
oder degressiver Zusammenhang zwischen der Rotation der Eingangswelle 1 und
der Verschiebung der ersten Schubstange 4 bestehen. Es
können auch Messwerte von weiteren Sensoren, wie beispielsweise
die eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors in den Zusammenhang einfließen,
wodurch die Verschiebung der Schubstange und damit die erzeugbare
Lenkbewegung des Fahrzeugs an die Fahrzeuggeschwindigkeit angepasst
werden kann.
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Bei
einer nichtmechanischen Koppelung der Eingangswelle 1 mit
einer der Schubstangen 4, 6, weist die Vorrichtung
in einer bevorzugten Ausgestaltung ein an der betreffenden Schubstange 4, 6 angeordnetes
hier nicht gezeigtes Sperrorgan auf, über welches die jeweilige
Schubstange 4, 6 gegen eine ungewollte Verschiebung
gesichert werden kann. Dies ist bei einer Verwendung der Vorrichtung
in einer Fahrzeuglenkung wichtig, um im Falle eines Ausfalls des
die Verschiebung der Schubstange 4, 6 bewirkenden
Aktuators 17 ein weiteres Lenken des Fahrzeugs über
die nicht vom Ausfall betroffene andere Schubstange 4, 6 zu
ermöglichen.
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Selbstverständlich
kann die Vorrichtung abweichend von 1, 2 und 3 auch
nur eine Koppelstange 7 und dementsprechend nur eine Betätigungsstange 11 aufweisen,
welche über die erste und zweite Schubstange 4, 6 bewegt
werden und der Aktuator 17 kann auch als ein Hydraulik-
oder Pneumatikaktuator ausgeführt sein, vorzugsweise als
ein Hydraulik- oder Pneumatikkolben. Dabei kann der Sensor 16 auch
als Ventil ausgeführt sein, welches den Hydraulik- oder
Pneumatikaktuator ansteuert. Zudem kann die Eingangswelle 1 mechanisch
von der ersten und der zweiten Schubstange 4, 6 entkoppelt
sein, indem beide Schubstangen 4, 6 über
jeweils mindestens einen Aktuator 17 verschoben werden,
welche von einem oder mehreren an der Eingangswelle 1 angeordneten
Sensoren 16 angesteuert werden.
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- 1
- Eingangswelle
- 2
- erstes
Zahnrad
- 3
- zweites
Zahnrad
- 4
- erste
Schubstange
- 5
- Zahnstange
- 6
- zweite
Schubstange
- 7
- Koppelstange
- 8
- erstes
Drehgelenk
- 9
- Drehschubgelenk
- 10
- zweites
Drehgelenk
- 11
- Betätigungsstange
- 12
- weitere
Betätigungsstange
- 13
- weiteres
Drehgelenk
- 14
- Wegstrecke
- 15
- Wegstrecke
- 16
- Sensor
- 17
- Aktuator
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004061834
A1 [0003]