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Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung zum Einstellen eines Radeinschlagwinkels nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie einen Stellantrieb zur Änderung der Länge eines Stellgliedes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 11.
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Durch die
DE 10 2006 020 041 A1 wurde eine gattungsgemäße Lenkvorrichtung zur Lenkung der Hinterräder eines Kraftfahrzeuges bekannt. Die Hinterräder sind bei der bekannten Lenkvorrichtung über Lenker und Spurstangen mit einem Fahrzeugaufbau, einem so genannten Hilfsrahmen verbunden. Die Lenkung der Hinterräder beruht darauf, dass eine Spurstange in ihrer Länge verstellbar ist, wodurch ein Radeinschlag der Hinterräder erreicht wird. Die Längenänderung der Spurstange wird über einen Elektromotor mit Riementrieb und einen Drehspindelantrieb bewirkt. Bei abgeschaltetem Elektromotor wird die Position der Spurstange durch eine elektromagnetisch betätigte Blockiereinrichtung fixiert. Dabei greift ein Magnetstößel formschlüssig in das Abtriebsrad des Riementriebes ein. Die Festsetzung der Riemenabtriebsscheibe erfolgt vorzugsweise bei stromlosem Magneten, d. h. durch Federkraft. Der bekannte Riementrieb weist keine Spannvorrichtung zur Aufrechterhaltung der Riemenspannung auf.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenkvorrichtung und einen Stellantrieb der eingangs genannten Art im Hinblick auf der Wirksamkeit zu verbessern und bezüglich des Gewichtes zu reduzieren.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist bei einer Lenkvorrichtung vorgesehen, dass der Riementrieb eine Riemenspannvorrichtung aufweist und dass die Blockiereinrichtung automatisch durch die Riemenspannvorrichtung betätigbar ist. Riemenspannvorrichtung und Blockiereinrichtung werden somit funktionell zu einer Einheit integriert. Die automatisch funktionierende Riemenspannvorrichtung überträgt ihre Bewegungen auf die Blockiereinrichtung mit der Folge, dass der Abtrieb des Riementriebes bei stehendem Antrieb mechanisch blockiert oder festgesetzt und bei laufendem Antrieb entriegelt wird. Damit entfällt ein Elektromagnet mit Magnetstößel, woraus sich eine Gewichtsersparnis ergibt. Durch die Riemenspannvorrichtung werden einerseits die Umschlingungswinkel erhöht und ein Schlupf vermieden. Eine Verstellung des Achsabstandes beider Riemenscheiben ist nicht erforderlich.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die Riemenspannvorrichtung mindestens zwei Spannrollen auf, welche von außen an den Riemen angedrückt werden und damit die erforderliche Riemenspannung gewährleisten. Der Begriff Riemen steht auch für den allgemeinen Begriff Zugmittel.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Spannrollen an einem beweglichen Schlitten, einem sog. Spannschlitten angeordnet. Der Schlitten, der gleitend in einer ortsfesten Führung angeordnet ist, bewegt sich, abgestützt durch Federn, im Wesentlichen quer zur Zugrichtung des Riemens. Die Spannrollen greifen bei einer Null- oder Mittellage des Schlittens symmetrisch von beiden Seiten in den Riemen ein, wobei der Abtrieb des Riementriebes bei der Nulllage blockiert ist.
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Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Blockiereinrichtung eine auf der Abtriebsseite des Riementriebes angeordnete Sperrscheibe sowie ein Sperrglied, welches durch die Bewegung des Schlittens betätigbar ist. Die Blockiereinrichtung kann form- oder kraftschlüssig wirken. Die Bewegung des Schlittens wird durch die Riemenspannung gesteuert, wobei sich beim Betrieb des Riementriebes ein Zug- und ein Leertrum ausbilden. Das Zugtrum bewegt den Schlitten aus der Nulllage und entriegelt somit den Abtrieb durch Betätigung des Sperrgliedes. Wird der Antrieb abgeschaltet, geht die Zugspannung im Zugtrum zurück, und der Schlitten wird durch die Federn in seine Nulllage zurückgeführt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auf dem beweglichen Schlitten ein nockenartiges Steuerelement, auch Steuernocken genannt, angeordnet, welches mit dem Sperrglied in Wirkverbindung steht, d. h. in der Nulllage des Schlittens wird das Sperrglied angehoben und verriegelt den Abtrieb. Außerhalb der Nulllage wird das Sperrglied zurückgestellt und nimmt seine Entriegelungsposition ein.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Schlitten mit den Spannrollen symmetrisch aufgebaut und in seiner Nulllage symmetrisch zur Längsachse des Sperrgliedes angeordnet. Aufgrund der symmetrischen Anordnung kann der Riementrieb in beiden Drehrichtungen betrieben werden, wobei die automatische Funktion des Ver- und Entriegelns beibehalten wird. Dadurch, dass das Zugtrum bei wechselnden Drehrichtungen auf gegenüberliegenden Seiten liegt, wird der Schlitten entweder auf die eine oder die andere Seite ausgelenkt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Blockiereinrichtung formschlüssig ausgebildet, d. h. die Sperrscheibe ist als Zahnscheibe mit einer Außenverzahnung und das Sperrglied ist als Verriegelungsbolzen ausgebildet, welcher in radialer Richtung sperrend in die Außenverzahnung eingreift.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Blockiereinrichtung kraftschlüssig, d. h. als Reibungsbremse ausgebildet, wobei die Sperrscheibe als Bremsscheibe und das Sperrglied als radial zustellbare Bremsbacke ausgebildet sind. Bei Bewegung des Schlittens in die Nulllage wird die Bremsbacke über den Steuernocken zugestellt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zur Erfassung der Position des Schlittens ein Wegsensor, umfassend einen am Schlitten angeordneten Geber sowie einen ortsfesten Nehmer, vorgesehen. Damit kann angezeigt werden, ob der Abtrieb verriegelt (Nulllage des Schlittens) oder entriegelt (Schlitten außerhalb der Nulllage) ist. Reißt beispielsweise der Riemen, entfällt die Riemenspannung auf die Spannrollen, und der Schlitten kehrt in seine Nulllage zurück, wodurch das Abtriebsrad verriegelt wird. Dies wird durch den Sensor angezeigt.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist bei einem Stellantrieb – analog zum unabhängigen Patentanspruch 1 – vorgesehen, dass die Blockiereinrichtung automatisch durch die Riemenspannvorrichtung betätigt werden kann, d. h. dass die Abtriebsscheibe bei abgeschaltetem Antrieb festgehalten und bei laufendem Antrieb entsperrt wird. Für den Stellantrieb gelten analog die gleichen Vorteile, wie oben für die Lenkvorrichtung angegeben, d. h. auch für die bevorzugten Ausführungsformen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
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1 einen Stellantrieb nach dem Stand der Technik,
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2 einen erfindungsgemäßen Riementrieb mit Riemenspannvorrichtung und Blockiereinrichtung in verriegelter Nulllage,
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3 den Riementrieb gemäß 2 linksdrehend,
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4 den Riementrieb gemäß 2 rechtsdrehend,
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5 den Riementrieb bei gerissenem Riemen in verriegelter Nulllage,
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6a die Blockiereinrichtung,
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6b eine formschlüssige Blockiereinrichtung und
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6c eine kraftschlüssige Blockiereinrichtung
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1 zeigt einen Riementrieb
1, allgemein Zugmittelgetriebe genannt, für eine Lenkvorrichtung nach dem Stand der Technik. Der Riementrieb
1 umfasst eine Antriebsscheibe
2, eine Abtriebsscheibe
3 sowie einen Riemen
4, allgemein als Zugmittel bezeichnet. Die Antriebsscheibe
2 wird durch einen Elektromotor
5 angetrieben. Die Abtriebsscheibe
3 treibt über eine in der Abtriebsscheibe
3 integrierte nicht dargestellte Spindelmutter eine Spindel
6 an, welche eine Translationsbewegung ausführt und eine Längenänderung eines nicht dargestellten Radführungsgliedes, z. B. einer Spurstange bewirken kann. Bezüglich der Lenkvorrichtung wird auf den eingangs genannten Stand der Technik verwiesen; die
DE 10 2006 020 041 A1 wird vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen. Um eine Feststellung der Spindel
6 bei stehendem Elektromotor
5 zu erreichen, ist eine Sperr- oder Blockiereinrichtung
7 vorgesehen, welche einen Elektromagneten
7a und einen beweglichen Magnetstößel
7b umfasst. Bei abgeschaltetem Antrieb greift der Magnetstößel
7b blockierend in die Abtriebsscheibe
3 ein, womit gleichzeitig die Translationsbewegung der Spindel
6, entsprechend dem Doppelpfeil P, unterbunden wird. Um einen Schlupf des Riemens
4 zu vermeiden, wird bei bekannten Riementrieben eine Riemenspannvorrichtung vorgesehen, welche im Allgemeinen auf einer Veränderung des Achsabstandes zwischen Antriebsrad
2 und Abtriebsrad
3 basiert. Bei dem dargestellten Riemenantrieb
1 müsste dazu der Elektromotor
5 verschoben werden, was durch zwei Pfeile A angedeutet ist.
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2 zeigt einen erfindungsgemäßen Riementrieb 10, allgemein auch als Zugmittelantrieb bezeichnet. Der Riementrieb 10, welcher bevorzugt als Stellantrieb für eine Lenkvorrichtung, insbesondere für die Hinterräder eines Kraftfahrzeuges verwendet wird, umfasst eine Riemenspannvorrichtung 11 und eine Blockiereinrichtung 12. Der Riementrieb 10 weist eine Antriebsscheibe 13 mit einem Mittelpunkt M1, eine Abtriebsscheibe 14 mit einem Mittelpunkt M2 sowie einen beide Scheiben 13, 14 umschlingenden Riemen 15, allgemein Zugmittel genannt, auf. Die Antriebsscheibe 13 wird durch einen nicht dargestellten Elektromotor angetrieben, und die Abtriebsscheibe 14 treibt über eine nicht dargestellte Mutter eine Drehspindel an, um eine Längenänderung eines nicht dargestellten Radführungsgliedes zu erreichen. Die Blockiereinrichtung 12 weist einen Verriegelungsbolzen 16 sowie eine Rückstellfeder 17 auf. An der Antriebsscheibe 14 ist eine Sperrscheibe 18 befestigt, welche auf ihrem Umfang eine nicht näher dargestellte Verzahnung oder Vertiefungen aufweist, in welche der Verriegelungsbolzen 16 eingreift. In der Zeichnung ist der Riementrieb 10 in verriegelter Position dargestellt, was durch einen mit V bezeichneten Kreis angedeutet ist. Die Riemenspannvorrichtung 11 umfasst einen Spannschlitten 19, im Folgenden auch kurz Schlitten 19 genannt, welcher in einer ortsfest angeordneten Führung 20 etwa quer zur Richtung des Riemens 15 geführt ist. An dem Schlitten 19 sind symmetrisch zu einer Verbindungslinie zwischen den beiden Mittelpunkten M1, M2 zwei Spannrollen 21, 22 angeordnet, welche von außen an den Riemen 15 angedrückt werden. Auf beiden Stirnseiten des Schlittens 19 sind Druckfedern 23, 24 angeordnet, welche sich einerseits an der ortsfesten Führung 20 und andererseits an den Stirnseiten des Spannschlittens 19 abstützen. Die beiden Druckfedern 23, 24 üben in der dargestellten Mittelposition gleiche, entgegengesetzt gerichtete Federkräfte F auf den Schlitten 19 aus, sodass dieser in der dargestellten Nulllage gehalten wird. Auf der dem Verriegelungsbolzen 16 zugewandten Seite des Schlittens 19 ist eine nockenartige Erhebung 25 angeordnet, welche auch als nockenartiges Steuerelement oder kurz als Steuernocken 25 bezeichnet wird. In der dargestellten Position, d. h. bei verriegelter Abtriebsscheibe 14 befindet sich der Steuernocken 25 unmittelbar unterhalb des Verriegelungsbolzens 16 und drückt diesen in die Sperrscheibe 18. Unterhalb des Schlittens 19 ist ein Wegsensor 26 angeordnet, welcher aus einem ortsfesten Nehmer 26a und einem diesbezüglich mit dem Schlitten 19 beweglichen Geber 26b besteht. Der Sensor 26 zeigt in der dargestellten Position an, dass die Abtriebsscheibe 14 verriegelt ist.
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3 zeigt den Riementrieb 10 in entriegeltem Zustand, dargestellt durch den mit E bezeichneten Kreis, bei laufender Antriebsscheibe 13, welche sich entsprechend dem Drehpfeil D entgegen dem Uhrzeigersinn (links drehend) dreht. Aufgrund der links drehenden Antriebsscheibe 13 baut sich auf der linken Seite des Riemens 15 ein Zugtrum 15a auf, in welchem eine Zugkraft FZ wirkt. Die Zugkraft FZ, die sich aus einer senkrechten Komponente FS und einer horizontalen Komponente FH zusammensetzt, wirkt mit der horizontalen Komponente FH auf die Spannrolle 21 und drückt somit den Spannschlitten 19 aus der Mittellage (gemäß 2) in eine in der Zeichnung links gelegene, außermittige Position. Bei dieser Querbewegung des Schlittens 19 wird die links angeordnete Feder 23 gespannt, während die rechts angeordnete Feder 24 entspannt wird. Die Spannrolle 22 sorgt für die Aufrechterhaltung der erforderlichen Riemenspannung. Der Steuernocken 25 ist durch die Verschiebung des Schlittens 19 ebenfalls in der Zeichnung nach links verschoben worden, sodass der Verriegelungsbolzen 16 durch die Rückstellfeder 17 aus der Sperrscheibe 18 herausgezogen wurde. Aus dieser Darstellung erkennt man die funktionelle Verknüpfung der Riemenspannvorrichtung 11 und der Blockiereinrichtung 12 (vgl. 2): Durch den Aufbau einer Riemenspannung im Zugtrum 15a erfolgen die Verschiebung des Schlittens 19 aus der Nulllage und damit die Entriegelung der Abtriebsscheibe 14 automatisch. Der Sensor 26 zeigt in der dargestellten Position (der Geber 26b ist bezüglich des Nehmers 26a ausgelenkt) an, dass die Abtriebsscheibe entriegelt ist.
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4 zeigt die Riemenspannvorrichtung 10 in entriegeltem Zustand (vgl. Kreis E) bei rechts drehender Antriebsscheibe 13 und Abtriebsscheibe 14, angedeutet durch die beiden Drehpfeile D. In diesem Falle liegt das Zugtrum 15a auf der rechten Seite in der Zeichnung, d. h. der Schlitten 19 wurde aufgrund der Horizontalkomponente FH der Zugkraft FZ im Zugtrum 15a nach rechts verschoben. Dabei wurde der Steuernocken 25 unter dem Verriegelungsbolzen 16 herausgezogen, sodass eine Entriegelung stattfand. Die rechts gelegene Feder 24 wurde gespannt, während die links gelegene Feder 23 entspannt wurde. Die Spannrolle 21 drückt gegen das Leertrum 15b, während das Zugtrum 15a die Spannrolle 22 nach rechts drückt.
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Der Vergleich der 3 und 4 zeigt, dass die Riemenspannvorrichtung 11 für beide Drehrichtungen funktioniert und jeweils eine Aktivierung oder eine Deaktivierung der Blockiereinrichtung 12 bewirkt. In beiden Fällen ist der Geber 26b des Sensors 26 mit dem Schlitten 19 bezüglich des Nehmers 26a ausgelenkt, wodurch der Sensor 26 anzeigt, dass die Abtriebsscheibe 14 entriegelt ist. Hierbei ist der Geber 26b bevorzugt fest mit dem Schlitten 19 verbunden oder Teil des Schlittens 19.
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5 zeigt den Riementrieb 10 bei gerissenem Riemen 15, wobei die Abtriebsscheibe 14 automatisch verriegelt wird, dargestellt durch den Kreis V. Der Schlitten 19 befindet sich in seiner mittleren Position (Nulllage), in welcher er durch die beiden von außen in entgegengesetzten Richtungen wirkenden Federn 23, 24 gehalten wird. Der Steuernocken 25 befindet sich unterhalb des Verriegelungsbolzens 16 und drückt diesen in eine Ausnehmung der Sperrscheibe 18. Der Sensor 26 zeigt diese Situation mit gerissenem Riemen 15 als verriegelte Nulllage an.
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6a zeigt die Blockiereinrichtung 12 gemäß 2 als Einzelheit, und 6b zeigt die Blockiereinrichtung 12 als vergrößerte Einzelheit mit Verriegelungsbolzen 16, Rückstellfeder 17 und Steuernocken 25 auf dem Schlitten 19. Die Sperrscheibe 18 weist eine Außenverzahnung auf, welche aus Zahnlücken 18a und Zähnen 18b besteht. Der Verriegelungsbolzen 16 greift in eine Zahnlücke 18a ein und blockiert somit die Abtriebsscheibe. Die Blockiereinrichtung 12 wirkt also formschlüssig.
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6c zeigt eine alternative Blockiereinrichtung 27, bei welcher die Sperrscheibe auf dem Abtriebsrad als Bremsscheibe oder Bremstrommel 28 ausgebildet ist. Ein radial beweglicher Bolzen 29 weist an seiner der Bremstrommel 28 zugewandten Stirnseite einen Bremsbelag 30 auf; der Bolzen 29 mit Bremsbelag 30 wird auch als Bremsbacke 30 bezeichnet. Die Abbremsung erfolgt, wenn sich der Steuernocken 25 des Schlittens 19 unter den Bolzen 29 schiebt. Eine Rückstellfeder 31 zieht den Bolzen 29 zurück, wenn der Steuernocken 25 unter dem Bolzen 29 herausgezogen wird. Die Blockiereinrichtung 27 arbeitet somit kraft- oder reibschlüssig, d. h. die Festsetzung des Abtriebes erfolgt nicht ruckartig, sondern in einer kontinuierlichen Verzögerungsphase.
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Der oben beschriebene Riementrieb 10 wird vorzugsweise als Stellantrieb für eine Lenkvorrichtung, wie sie im eingangs genannten Stand der Technik beschrieben ist, verwendet. Analoge Anwendungen liegen im Rahmen der Erfindung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Riementrieb
- 2
- Antriebsscheibe
- 3
- Abtriebsscheibe
- 4
- Riemen
- 5
- Antriebsmotor
- 6
- Spindel
- 7
- Sperr- oder Blockiereinrichtung
- 7a
- Elektromagneten
- 7b
- Magnetstößel
- 10
- Riementrieb
- 11
- Riemenspannvorrichtung
- 12
- Blockiereinrichtung
- 13
- Antriebsscheibe
- 14
- Abtriebsscheibe
- 15
- Riemen
- 15a
- Zugtrum
- 15b
- Leertrum
- 16
- Verriegelungsbolzen
- 17
- Rückstellfeder
- 18
- Sperrscheibe
- 19
- Spannschlitten
- 20
- Führung
- 21
- Spannrolle
- 22
- Spannrolle
- 23
- Druckfeder
- 24
- Druckfeder
- 25
- Steuernocken
- 26
- Sensor
- 26a
- Nehmer
- 26b
- Geber
- 27
- Blockiereinrichtung
- 28
- Bremstrommel
- 29
- Bolzen
- 30
- Bremsbelag (Bremsbacke)
- 31
- Rückstellfeder
- A
- Verschieberichtung Motor
- D
- Drehrichtung
- E
- entriegelte Position
- F
- Federkraft
- FZ
- Zugkraft
- FH
- horizontale Komponente
- FS
- senkrechte Komponente
- M1
- Mittelpunkt
- M2
- Mittelpunkt
- P
- Bewegungsrichtung Spindel
- V
- verriegelte Position
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006020041 A1 [0002, 0024]