DE102011052279A1

DE102011052279A1 - Vorrichtung zur Übertragung eines Unterstützungsmoments

Info

Publication number: DE102011052279A1
Application number: DE201110052279
Authority: DE
Inventors: Philipp Geiger; Alexander Vähning
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2013-01-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (16) zur Übertragung eines Unterstützungsmoments von einem das Unterstützungsmoment erzeugenden Antrieb (15) auf eine Lenksäule. Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen weisen hohe Reibungskräfte auf und erzeugen unerwünschte Geräusche. Deshalb sind bei der Vorrichtung erfindungsgemäß eine Antriebsachse (20) des Antriebs (15) und die Abtriebsachse (24) mit einer ersten Schnur (21) und einer zweiten Schnur (23) zur Übertragung des Unterstützungsmoments verbunden, wobei bei einer ersten Drehrichtung der Antriebsachse (20) die erste Schnur (21) auf die Antriebsachse (20) aufwickelbar ist, während gleichzeitig die zweite Schnur (23) von der Antriebsachse (20) abwickelbar ist und gleichzeitig die erste Schnur (21) von der Abtriebsachse (24) abwickelbar ist, während gleichzeitig die zweite Schnur (22) auf die Abtriebsachse (24) aufwickelbar ist, und bei einer zweiten Drehrichtung der Antriebsachse (20), die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, alle Wickelvorgänge umgekehrt ablaufen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung eines Unterstützungsmoments von einem das Unterstützungsmoment erzeugenden Antrieb auf eine Abtriebsachse.
Aus dem Stand der Technik sind gattungsgemäße Vorrichtungen bekannt, bei denen das Unterstützungsmoment vom Antrieb auf eine Lenksäule mittels eines Zahnriemens übertragen wird. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass der Zahnriemen eine bestimmte Vorspannung aufweisen muss, um das Unterstützungsmoment zuverlässig übertragen zu können. Die Vorspannung bewirkt jedoch eine zusätzliche Belastung der Lenksäule und von Lagern des Antriebs. Ferner wird durch die Vorspannung die Reibung in den Lagern erhöht, so dass ein höheres Lenkmoment erzeugt werden muss. Der Zahnriemen wird während des Betriebs der Vorrichtung außerdem in Schwingung versetzt, so dass störende in einem Innenraum eines Kraftfahrzeugs hörbare Geräusche entstehen.
Vorrichtungen zur Übertragung des Unterstützungsmoments, die mit einem Schneckengetriebe ausgerüstet sind weisen aufgrund einer hohen Reibung im Schneckengetriebe einen schlechteren Wirkungsgrad als die mit dem Zahnriemen ausgestatteten Vorrichtungen auf, so dass sie nicht als Alternative infrage kommen.
Die Erfindung hat die Aufgabe eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die oben genannten Nachteile zukünftig vermieden werden.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einer gattungsgemäßen Vorrichtung, bei der erfindungsgemäß eine Antriebsachse des Antriebs und eine Abtriebsachse mit einer ersten Schnur und einer zweiten Schnur zur Übertragung des Unterstützungsmoments verbunden sind, wobei bei einer ersten Drehrichtung der Antriebsachse die erste Schnur auf die Antriebsachse aufwickelbar ist, während gleichzeitig die zweite Schnur von der Antriebsachse abwickelbar ist und gleichzeitig die erste Schnur von der Abtriebsachse abwickelbar ist, während gleichzeitig die zweite Schnur auf die Abtriebsachse aufwickelbar ist, und bei einer zweiten Drehrichtung der Antriebsachse, die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, alle Wickelvorgänge umgekehrt ablaufen. Mittels der beiden Schnüre, die vorzugsweise endlich sind, aber grundsätzlich auch unendlich sein können, können somit zwei entgegengesetzt drehende Unterstützungsmomente übertragen werden, wobei jede der Schnüre für die Erzeugung eines der beiden Unterstützungsmomente zuständig ist. Da die Schnüre keine Verzahnungen und auch nur eine sehr geringe Masse aufweisen, ist die Gefahr, dass im Betrieb der Vorrichtung unerwünschte Störgeräusche in einem Kraftfahrzeug entstehen können, deutlich reduziert. Durch die Verwendung der beiden Schnüre kann ein höheres Übersetzungsverhältnis als bei der Verwendung eines Zahnriemens vorgesehen werden, da nicht mehr die Gefahr eines Überspringens eines oder mehrerer Zähne des Zahnriemens und eines damit in Eingriff stehenden Riemenrades besteht. Dadurch können in einer besonders bevorzugten Ausführungsform, bei der die Abtriebsachse als eine Lenksäule ausgeführt ist, die Unterstützungsmomente mit nur einer Getriebestufe übertragen werden.
Die erste und die zweite Schnur können nur eine geringe Vorspannung aufweisen, so dass die Abtriebsachse und Lager des Antriebs keine zusätzliche Belastung erfahren. Es reicht für den Betrieb der Vorrichtung völlig aus, wenn die Schnüre soweit gespannt sind, dass sie nicht durchhängen. In den Lagern entsteht somit keine zusätzliche Reibung, so dass kein höheres Lenkmoment erzeugt werden muss.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann auf der Antriebsachse ein ein Gewinde aufweisender Zylinder koaxial angeordnet werden. In dem Gewinde können somit die erste und die zweite Schnur mit einer in axialer Richtung nebeneinander liegenden Wicklung aufgewickelt werden, so dass keine übereinander liegenden Wicklungen möglich sind und die Schnüre folglich ohne durchzuhängen und ohne Vorspannung auf- und abgewickelt werden können.
Aus demselben Grund ist es sinnvoll, wenn ein auf der Abtriebsachse koaxial angeordneter Zylinder ein Gewinde aufweist, das einen identischen Steigungswinkel wie das Gewinde des auf der Antriebsachse angeordneten Zylinders aufweist und, wenn die erste Schnur und die zweite Schnur in einem aufgewickelten Bereich parallel zueinander verlaufen.
Besonders bewährt hat es sich, wenn das Gewinde ein rundes oder ein Spitzbogenprofil aufweist.
Um zu vermeiden, dass eine der Schnüre im Betrieb beschädigt wird, kann zwischen der Antriebsachse und dem Zylinder eine Einrichtung zur Begrenzung des Unterstützungsmoments vorgesehen sein. Sobald eine für die Schnüre maximal zulässige Höhe des Unterstützungsmoments erreicht ist, wird dieses nicht mehr übertragen.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Einrichtung zur Begrenzung des Unterstützungsmoments eine Rutschkupplung sein.
Ferner ist es möglich, dass auf der Abtriebsachse der das Gewinde aufweisende Zylinder koaxial angeordnet ist. Außerdem kann auch zwischen der Abtriebsachse und dem Zylinder die Einrichtung zur Begrenzung des Unterstützungsmoments in Form der Rutschkupplung vorgesehen sein.
Wenn die erste und die zweite Schnur aus Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern gefertigt sind, können sie besonders hohe Kräfte aufnehmen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Lenkung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine Lenkung mit einer elektrischen Hilfskraftunterstützung, die erfindungsgemäß mindestens eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Lenkung eines Kraftfahrzeugs;
2 eine schematische Ansicht der Vorrichtung;
3 eine Schnittansicht durch eine Antriebsachse und einen Zylinder;
4 eine Draufsicht auf die Abtriebsachse und den Zylinder;
5 eine perspektivische Ansicht auf ein Gewinde.
1 zeigt eine Lenkung 10 mit einem Lenkrad 11, einer Einrichtung 12 zur elektrischen Hilfskraftunterstützung, einem mechanischen Lenkgetriebe 17 und Spurstangen 18. Die Einrichtung 12 weist eine Lenksäule 13, einen Drehmomentsensor 14, einen als Elektromotor ausgebildeten Antrieb 15 und mindestens eine erfindungsgemäße Vorrichtung 16 auf.
Mit dem Lenkrad 11 wird ein Lenkmoment über die Lenksäule 13 auf das Lenkgetriebe 17 und somit auf die Spurstangen 18 übertragen. Der Antrieb 15 unterstützt über die Vorrichtung 16 das manuell aufgebrachte Lenkmoment.
2 zeigt die Vorrichtung 16, die eine Antriebsachse 20 und eine Abtriebsachse 24 aufweist. Die Antriebsachse 20 und die Abtriebsachse 24 sind mittels Schnüren 21 und 22 miteinander verbunden.
Zwischen der Antriebsachse 20 und dem Zylinder 30 ist eine Einrichtung 23 zur Begrenzung eines durch einen Antrieb 15 erzeugten Unterstützungsmoments angeordnet. Somit wird das Unterstützungsmoment vom Antrieb 15 über die Einrichtung 23 auf den Zylinder 30 übertragen. Von dort wird das Unterstützungsmoment über einen Zylinder 25, der auf der Abtriebsachse 24 angeordnet ist, auf die Abtriebsachse 24 übertragen.
3 zeigt die Antriebsachse 20, auf der koaxial ein Zylinder 30 angeordnet ist. Der Zylinder 30 ist mit einem spiralförmig verlaufenden Gewinde 50 versehen (siehe 5) in dem die Schnüre 21 und 22 auf- und abwickelbar sind.
Zwischen der Antriebsachse 20 und den Zylinder 30 ist die als Rutschkupplung ausgebildete Einrichtung 23 angeordnet. Sollte das zu übertragende Unterstützungsmoment zu groß sein, so entsteht ein Schlupf zwischen der Antriebsachse 20 und dem Zylinder 30. Auf diese Weise werden die Schnüre 21 und 22 vor ihrer Zerstörung geschützt.
4 zeigt die Antriebsachse 20, den Zylinder 30, und den auf der Abtriebsachse 24 angebrachten Zylinder 25 sowie die Schnüre 21 und 22. Wenn sich die Antriebsachse 20 in eine erste Drehrichtung dreht, wird die Schnur 21 auf den Zylinder 30 aufgewickelt und die Schnur 22 gleichzeitig von dem Zylinder 30 abgewickelt. Gleichzeitig wird die Schnur 21 von dem Zylinder 25 abgewickelt und die Schnur 22 auf den Zylinder 25 aufgewickelt. Wenn sich die Antriebsachse 20 in einer zur ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung dreht, laufen die Wickelvorgänge umgekehrt ab.
In dem Zylinder 30 und in den Zylinder 25 eingearbeitete Gewinde 40 und 41 weisen dieselben Steigungswinkel auf. Somit werden die Schnüre 21 und 22 mit einer nebeneinander liegenden sich in axialer Richtung erstreckenden Wicklung aufgewickelt, so dass keine übereinander liegenden Wicklungen möglich sind und die Schnüre ohne durchzuhängen und ohne Vorspannung auf- und abgewickelt werden können.
Bezugszeichenliste

10: Lenkung
11: Lenkrad
12: Einrichtung zur elektrischen Hilfskraftunterstützung
13: Abtriebsachse
14: Drehmomentsensor
15: Antrieb
16: Vorrichtung
17: Lenkgetriebe
18: Spurstange
20: Antriebsachse
21: Schnur
22: Schnur
23: Einrichtung zur Begrenzung des Unterstützungsmoments
24: Abtriebsachse
25: Zylinder
30: Zylinder
40: Gewinde
41: Gewinde

Claims

Vorrichtung (16) zur Übertragung eines Unterstützungsmoments von einem das Unterstützungsmoment erzeugenden Antrieb (15) auf eine Abtriebsachse (13), dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebsachse (20) des Antriebs (15) und die Abtriebsachse (13) mit einer ersten Schnur (21) und einer zweiten Schnur (22) zur Übertragung des Unterstützungsmoments verbunden sind, wobei bei einer ersten Drehrichtung der Antriebsachse (20) die erste Schnur (21) auf die Antriebsachse (20) aufwickelbar ist, während gleichzeitig die zweite Schnur (22) von der Antriebsachse (20) abwickelbar ist und gleichzeitig die erste Schnur (21) von der Abtriebsachse (13) abwickelbar ist, während gleichzeitig die zweite Schnur (22) auf die Abtriebsachse (13) aufwickelbar ist, und bei einer zweiten Drehrichtung der Antriebsachse (20), die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, alle Wickelvorgänge umgekehrt ablaufen.
Vorrichtung (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Antriebsachse (20) ein ein Gewinde (40) aufweisender Zylinder (30) koaxial angeordnet ist.
Vorrichtung (16) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Abtriebsachse (24) ein ein Gewinde (41) aufweisender Zylinder (25) koaxial angeordnet ist.
Vorrichtung (16) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (41) eines auf der Abtriebsachse (24) koaxial angeordneten Zylinders (25) einen identischen Steigungswinkel wie das Gewinde (40) des auf der Antriebsachse (20) angeordneten Zylinders (30) aufweist.
Vorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (40, 41) ein rundes oder ein Spitzbogenprofil aufweist.
Vorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Antriebsachse (20) und dem Zylinder (30) eine Einrichtung (23) zur Begrenzung des Unterstützungsmoments vorgesehen ist.
Vorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abtriebsachse (24) und einem Zylinder (25) ebenfalls die Einrichtung (23) zur Begrenzung des Unterstützungsmoments vorgesehen ist.
Vorrichtung (16) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (23) zur Begrenzung des Unterstützungsmoments eine Rutschkupplung ist.
Vorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schnur (21) und die zweite Schnur (22) in einem aufgewickelten Bereich parallel zueinander verlaufen.
Vorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schnur (21) und die zweite Schnur (23) nur eine geringe Vorspannung aufweisen.
Vorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebsachse (24) als eine Lenksäule (13) ausgebildet ist.
Lenkung (10) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine Lenkung mit einer elektrischen Hilfskraftunterstützung, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Vorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.