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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft Lenkgetriebe für Lenksysteme von Fahrzeugen und ein Lenksystem für ein Fahrzeug.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Im Stand der Technik sind Lenkgetriebe bekannt, die eine hydraulische Unterstützung des Lenkvorgangs ermöglichen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Hydraulische Lenkunterstützungen sind beispielsweise als Kugelmutter-Hydrolenkungen aufgebaut. Diese Servolenkungen wandeln die Rotationsbewegung der Lenkspindel in eine Linearbewegung um, die hydraulisch verstärkt werden kann. Die sich ergebende verstärkte Linearbewegung wird wieder in eine Rotationsbewegung einer Segmentwelle umgewandelt, deren Drehmoment an das Lenkgestänge weitergeleitet wird. Derartige mehrfache Bewegungsrichtungsumwandlungen benötigen eine hohe Anzahl an Bauteilen und ergeben einen geringen resultierenden Wirkungsgrad.
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Eine Aufgabe ist daher, ein Lenkgetriebe für eine Servolenkung zur Verfügung zu stellen, das einen einfachen konstruktiven Aufbau mit wenigen Bauteilen aufweist und einen hohen Wirkungsgrad erreicht.
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Als erste Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenkgetriebe für ein Lenksystem eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt, umfassend: eine Abtriebswelle zur Drehmomentübertragung von einer Eingangswelle zu einem Lenkgestänge des Lenksystems, ein Flügel zur Erzeugung eines Drehmoments, wobei der Flügel fest mit der Abtriebswelle verbunden ist, und ein Kolbengehäuse mit einer erster Kolbenkammer und einer zweiten Kolbenkammer, wobei der Flügel die erste Kolbenkammer von der zweiten Kolbenkammer abtrennt, und wobei sich der Flügel innerhalb des Kolbengehäuses bewegen kann, und wobei durch Befüllen der ersten und/oder der zweiten Kolbenkammer eine Kraft auf den Flügel erzeugt wird, die zu dem Drehmoment führt, wobei das Drehmoment auf die Abtriebswelle übertragen wird.
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Vorteilhafterweise benötigt das erfindungsgemäße Lenkgetriebe keine Umlenkung bzw. Bewegungsrichtungsumwandlung/Bewegungsrichtungstransformation, um eine hydraulische Lenkunterstützung zu ermöglichen. Stattdessen wird eine Drehbewegung einer Welle durch eine geeignet geformte Anordnung verstärkt. Die Anordnung kann ein Flügel/ein Kolben/eine Schaufel etc. sein, auf die ein Fluid wirkt. Das erfindungsgemäße Lenkgetriebe ist durch die beliebige Ausdehnung des entsprechenden Kolbengehäuses und dessen Kolbenkammern beliebig skalierbar.
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Eine Eingangswelle kann insbesondere zur Drehmomentübertragung vom Lenkrad/Steuerrad zur Abtriebswelle vorgesehen sein. Es kann ein mechanischer Durchtrieb realisiert werden. In einer alternativen Ausführungsform besteht zwischen Eingangswelle und Abtriebswelle keine starre/feste mechanische Verbindung (steer-by-wire) und daher auch kein mechanischer Durchtrieb.
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Als zweite Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenkgetriebe für ein Lenksystem eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt, umfassend: eine Abtriebswelle zur Drehmomentübertragung von einer Eingangswelle zu einem Lenkgestänge des Lenksystems, ein Kolbengehäuse mit einer ersten Kolbenkammer und einer zweiten Kolbenkammer zur Erzeugung eines Drehmoments, wobei das Kolbengehäuse fest mit der Abtriebswelle verbunden ist, und wobei das Kolbengehäuse rotierbar ist, und ein Flügel, der feststehend ist, und die erste Kolbenkammer von der zweiten Kolbenkammer abtrennt, wobei durch Befüllen der ersten und/oder der zweiten Kolbenkammer eine Kraft auf das Kolbengehäuse erzeugt wird, die zum Drehmoment führt, wobei das Drehmoment auf die Abtriebswelle übertragen wird.
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Ein feststehender Flügel ist ein Flügel der bezüglich dem Gehäuse des Lenkgetriebes ortsfest ist.
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Als dritte Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem für ein Fahrzeug zur Verfügung gestellt, umfassend ein Lenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenkgetriebe zur Verfügung gestellt, wobei das Kolbengehäuse als Drehkolben ausgebildet ist und/oder wobei das Kolbengehäuse einen Zahnradabschnitt oder einen Schneckenradabschnitt aufweist, wobei der Zahnradabschnitt oder der Schneckenradabschnitt mit einem Zahnrad oder einer Schnecke kämmt, wobei das Zahnrad oder die Schnecke von der Eingangswelle angetrieben werden kann.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenkgetriebe zur Verfügung gestellt, wobei das Lenkgetriebe 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder beliebig viele Flügel umfasst.
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Durch die Ausbildung einer Vielzahl von Flügeln kann das erzeugte Drehmoment auf die Welle erhöht werden. Bei einer geringen Anzahl an Flügeln kann der Drehwinkel, den die Flügel und die Welle aufweist, vorteilhafterweise groß ausgebildet werden, da die Kolbenräume innerhalb der Kolbengehäuse groß ausgeformt werden können.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Lenkgetriebe zur Verfügung gestellt, wobei das Lenkgetriebe ein Getriebe zur Übersetzung von der Eingangswelle zur Abtriebswelle umfasst.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Lenkgetriebe zur Verfügung gestellt, wobei das Getriebe ein Planetengetriebe und/oder ein Kegelradgetriebe und/oder ein Stirnradgetriebe und/oder ein Schneckenradgetriebe und/oder ein sonstiges ein- oder mehrfaches Getriebe umfasst.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenkgetriebe zur Verfügung gestellt, wobei an der Abtriebswelle 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder beliebig viele Flügel rotationssymmetrisch angeordnet sind und/oder wobei die Flügel gleich weit von der Abtriebswelle hervorstehen.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der beispielhaften Ausführungsform kann die Welle mit den angestückelten/angesetzten/angeordneten Flügeln einen rotationssymmetrischen Drehkolben bilden. Ein Drehkolben nutzt einen vorhandenen Bauraum optimal aus.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Lenkgetriebe zur Verfügung gestellt, wobei das Lenkgetriebe zwei Flügel umfasst.
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Eine erfindungsgemäße Ausführung des Lenkgetriebes mit nur zwei Flügeln bzw. einer geringen Anzahl von Flügeln, beispielsweise 3 oder 4, kann mit breiten Trennwänden und breiten Flügeln ausgestattet werden, die eine Abdichtung der Kolbenkammern erleichtern.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Lenkgetriebe zur Verfügung gestellt, wobei ein mechanischer Durchtrieb oder kein mechanischer Durchtrieb vorliegt.
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Liegt ein mechanischer Durchtrieb vor, so werden vorteilhafterweise gesetzliche Bestimmungen für Fahrzeuge erfüllt, die hohe Geschwindigkeiten erreichen können. Falls kein mechanischer Durchtrieb vorliegt wird ein steer-by-wire-Konzept realisiert.
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Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, eine Lenkunterstützung für das Lenksystem eines Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen, bei der keine Bewegungsrichtungsumwandlungen vorgenommen werden, um die Lenkunterstützung zu erzeugen. Stattdessen wird die Abtriebswelle mit Vorrichtungen, beispielsweise Flügeln bzw. Schaufeln versehen, auf die ein Fluid eine Kraft ausüben kann, wodurch eine Drehbewegung der Welle erzeugt/verstärkt/unterstützt wird. Alternativ kann das Kolbengehäuse als Drehkolbengehäuse ausgeführt sein, das durch die Eingangswelle angetrieben wird und das die Abtriebswelle antreibt. Das hydraulische Fluid wirkt in diesem Fall auf das Drehkolbengehäuse und die entsprechenden Flügel sind unbeweglich.
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Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen
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1 ein Lenkgetriebe des Stands der Technik,
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2 einen erfindungsgemäßen Drehkolben mit drei Kolbengehäusepaaren in einer Querschnittsdarstellung,
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3 das erfindungsgemäße Lenkgetriebe in einer seitlichen Darstellung,
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4 den erfindungsgemäßen Drehkolben in einer perspektivischen Darstellung,
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5 eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkradgetriebes mit einer Kegel- und Stirnradverzahnung,
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6 eine weitere alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkradgetriebes mit einem Planetenradsatz,
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7 einen erfindungsgemäßen Drehkolben mit zwei Kolbengehäusepaaren in einer Querschnittsdarstellung,
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8 einen Längsschnitt einer alternativen Ausführungsform mit feststehenden Flügeln und einem rotierbaren Kolbengehäuse,
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9 eine Querschnittdarstellung der alternativen Ausführungsform.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt ein Lenkgetriebe mit hydraulischer Lenkunterstützung des Stands der Technik als Kugelmutter-Hydrolenkung. Die Drehbewegung 2, 3 der Lenkspindel 4 wird umgewandelt in eine Linearbewegung 5. Diese Linearbewegung 5 kann hydraulisch verstärkt werden und durch eine Verzahnung wieder in eine Drehbewegung 7 der Segmentwelle 6 transformiert werden. Hierdurch ergeben sich bei einem Lenkgetriebe des Stands der Technik zwei Bewegungsrichtungstransformationen (von 2,3 zu 5 und von 5 zu 7).
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2 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Kolbengehäuses 9 mit einem Drehkolben. Innerhalb des Kolbengehäuses 9 ist eine Welle 10 angeordnet an der einstückig Flügel 8 angeformt sind. Durch diese Flügel 8 wird der Raum zwischen Welle und Kolbengehäusewandung in Kolbenkammerpaare 16, 17 abgetrennt. Beispielsweise ergibt sich durch einen Flügel zwei Kolbenkammern, durch zwei Flügel vier Kolbenkammern, durch drei Flügel 8 sechs Kolbenkammern 16, 17, und so weiter. Der Drehkolben ergibt sich durch die Welle 10 in Kombination mit den Flügeln 8.
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3 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes mit einem Kolbengehäuse 9 und einem Getriebe 12 zur Untersetzung einer Drehbewegung der Lenkspindel 11. Durch das Getriebe 12 kann außerdem die Drehbewegung der Lenkspindel 11 um 90° umgelenkt werden. Die resultierende Drehbewegung der Welle 10 wird durch das Kolbengehäuse 9 mit den darin angeordneten Kolbenkammerpaaren 16, 17 und die Flügel 8 verstärkt. Die Lenkverstärkung kann durch ein Fluid, beispielsweise eine hydraulische Flüssigkeit, erfolgen. Hierzu sind an der Welle 10 Flügel 8 angeformt, die sich innerhalb des Kolbengehäuses 9 bewegen können. Durch das Einfüllen des Fluids in einen oder in beide Kolbenkammern 16, 17 kann sich eine Unterstützung einer Drehbewegung der Welle 10 ergeben, die zu einer Lenkunterstützung führen kann.
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4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Kolbengehäuses mit einer Welle 10 auf der drei Flügel 8 angeordnet sind. Die Flügel 8 können sich in dem Kolbengehäuse drehen/rotieren, wobei das Kolbengehäuse in Kolbenkammern 16, 17 unterteilt ist. Die Kolbenkammern 16, 17 sind mittels Dichtungen 14, 15 voneinander abgedichtet. In die Kolbenkammern 16, 17 können Fluide eingefüllt werden, um dadurch eine Kraft auf die Flügel 8 auszuüben, wodurch die Welle 10 ein Drehmoment erfährt.
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5 zeigt eine Ausführungsform bei der eine Kegel- und Stirnradverzahnung als Getriebe zur Untersetzung und Umlenkung der Drehbewegung vorgesehen ist.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einer Kegelradverzahnung und einem Planetengetriebe.
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7 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Kolbengehäuses 9 mit einer Welle 10, wobei an der Welle 10 zwei Flügel 8 angeordnet sind. Durch das Befüllen der jeweiligen Kolbenkammerpaare 16, 17 kann eine Kraft auf die Flügel 8 ausgeübt werden, die zu einem Drehmoment auf die Welle 10 führen kann. Um die beiden Kolbenkammern 16, 17 abzudichten, sind Dichtungen 14, 15 vorgesehen. Vorteilhafterweise ergibt sich durch eine geringe Anzahl an Flügeln 8 ein großer möglicher Drehwinkel 19 der Flügel 8. Bei nur zwei Flügeln 8 kann neben einem großen möglichen Drehwinkel 19 eine hohe Wandstärke der Wände 13 und eine breite Ausführung der Flügel 8 ermöglicht werden. Hierdurch wird eine Abdichtung der Kolbenkammern 16, 17 zueinander erleichtert. Außerdem kann bei breiten Flügeln 8 und breiten Wänden 13 das erfindungsgemäße Lenkgetriebe mit hohen Fluiddrücken betrieben werden.
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8 zeigt eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes mit einem rotierbaren Kolbengehäuse 9 und einer ortsfesten/feststehenden/stehenden/nichtrotierenden Achse 23. Durch ein Getriebe mit Schnecke 20 wird das Kolbengehäuse 9 angetrieben und kann um die Achse 23 gedreht werden. Durch die Rotation des Kolbengehäuses 9 wird die Abtriebswelle 10 angetrieben.
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9 zeigt eine Querschnittdarstellung der alternativen Ausführungsform der 8 mit feststehenden Flügeln 8, die den Innenraum des Kolbengehäuses 9 in zwei Kolbenkammern 16, 17 unterteilt. Die Schnecke 20 treibt das Kolbengehäuse 9 an. Durch Befüllen der Kolbenkammern 16, 17 mit Fluiden kann eine Kraft auf das Kolbengehäuse 9 ausgeübt werden und die Drehbewegung des Kolbengehäuses 9 wird unterstützt. Hierdurch kann eine Lenkkraftunterstützung ohne Bewegungsrichtungstransformationen erzeugt werden.
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Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen“ weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein“ und „eine“ mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
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Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kugelmutter
- 2
- Drehrichtung
- 3
- Drehrichtung
- 4
- Lenkspindel
- 5
- Bewegungsrichtung
- 6
- Segmentwelle
- 7
- Drehrichtung
- 8
- Flügel
- 9
- Kolbengehäuse
- 10
- Welle
- 11
- Lenkspindel
- 12
- Maschinenelement zur Untersetzung
- 13
- Wand/Wandung
- 14
- Dichtung
- 15
- Dichtung
- 16
- Kolbenkammer
- 17
- Kolbenkammer
- 18
- Wand/Wandung
- 19
- Drehwinkel
- 20
- Schnecke/Ritzel
- 21
- Schneckenradabschnitt
- 22
- Mittellinie
- 23
- Achse
- 24
- Mittellinie
