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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servolenkbaugruppe für eine hydraulische Servolenkung von Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Servolenkbaugruppen für hydraulische Servolenkungen von Fahrzeugen umfassen unter anderem Servoventile, die auch als Drehservoventile bekannt sind. Diese regeln den Hydraulikdruck und damit die Lenkunterstützung in Abhängigkeit vom aufgebrachten Lenkmoment des Fahrers. Es kommen meist Drehservoventile zum Einsatz, bei denen sich eine Eingangswelle, die über eine Lenksäule mit einem Lenkrad verbunden ist, relativ zu einem Ventilteil (auch als Stellglied, Ventilhülse oder Sleeve bezeichnet) verdreht, das mit der Ausgangswelle und bei Zahnstangenlenkungen mit einem Lenkritzel (auch als Pinion bezeichnet) verbunden ist. Durch ein Torsionssystem zwischen Eingangswelle und Stellglied werden eine drehmomentabhängige Verstellung des Stellglieds des Servoventils und somit eine drehmomentabhängige Ventil- und damit Lenkkraftunterstützungscharakteristik realisiert.
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Zur Verwirklichung diverser weiterer Funktionen eines Momentenstellers, beispielsweise Spurhalteassistent, Über- und Untersteuerungsassistent, haptisches Feedback, variable Lenkunterstützung zum Beispiel in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit oder Beladung, Citymode, Parkpilot, Lenkmomentüberlagerung usw., ist eine vom anliegenden Drehmoment unabhängige Einstellung der Stellung des Stellglieds zur Beeinflussung der Lenkkraftunterstützungscharakteristik des Servoventils bekannt.
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So offenbart die gattungsbildende
DE 10 2005 018 308 A1 beispielsweise ein hydraulisches Servolenkventil mit einer Lenkmomentüberlagerung, bei dem ein Stellantrieb ein Bauteil des Servolenkventils gegenüber einem anderen verdrehen kann, so dass einer Eingangsgröße, die durch die Betätigung einer Eingangswelle vorgegeben ist, eine Überlagerungsgröße überlagert wird. Es wird vorgeschlagen, den Stellantrieb mit einem Wellgetriebe (auch als „Harmonic Drive” bekannt), das einen Außenring (hierin auch als „Circular Spline” oder Ringstator bezeichnet), einen flexiblen Innenring (hierin auch als „Flexible Spline”, „Flexspline” oder Flexrotor bezeichnet) und eine Antriebsscheibe (hierin auch als „Wave Generator” oder Wellgenerator bezeichnet) umfasst, auszubilden. Der flexible Innenring ist auf einer Außenseite mit einer Verzahnung versehen, die in einer Verzahnung abläuft, die auf der Innenseite des Außenrings gebildet ist. Innerhalb des flexiblen Innenrings ist die Antriebsscheibe des Wellgetriebes angeordnet, die mit einem Rotor eines Antriebsmotors verbunden ist. Gemäß einer offenbarten Ausführungsform wird das Wellgetriebe zur Verdrehung einer Ventilhülse relativ zur Ausgangswelle verwendet, um hierdurch die vom Hydraulikventil bereitgestellte Servounterstützung zu beeinflussen, wobei der Außenring mit der Ausgangswelle gekoppelt ist und der flexible Innenring mit der Ventilhülse gekoppelt ist. Bei dieser Ausgestaltung des Servolenkventils besteht ein Nachteil darin, dass der Antriebsmotor der vom Fahrer vorgegebenen Lenkbewegung folgen muss und die Ventilhülse des Servolenkventils dementsprechend nachgeführt werden muss, was unter anderem den Steuerungsaufwand für das Servolenkventil erhöht.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Servolenkbaugruppe mit einer Lenkmomentüberlagerung bereitzustellen, bei der einer vom Fahrer vorgegebenen Eingangsgröße mittels eines Stellantriebs eine Überlagerungsgröße überlagert werden kann, ohne dass der Stellantrieb bei Lenkbewegungen des Fahrers nachgeführt werden muss.
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Diese Aufgabe wird durch eine Servolenkbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Eine Servolenkbaugruppe für eine hydraulische Servolenkung von Kraftfahrzeugen weist eine Eingangswelle zur Verbindung mit einem Lenkrad und eine mit der Eingangswelle gekoppelte Ausgangswelle für den Wirkeingriff mit einer Lenkstange auf, wobei die Kopplung zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle eine Relativverdrehung zwischen diesen zulässt. Ferner ist ein hydraulisches Servoventil vorgesehen, das ein drehbares, mit der Ausgangswelle in Eingriff stehendes und von der Ausgangswelle angetriebenes Stellglied, beispielsweise eine koaxial zu einer der Eingangswelle zugeordneten Ventilwelle angeordnete Ventilhülse, zur Steuerung der Lenkkraftunterstützung in Abhängigkeit von der Relativverdrehung der Eingangswelle gegenüber der Ausgangswelle aufweist. Der Eingriff zwischen Ausgangswelle und Stellglied sieht eine Relativverstellung zwischen der Ausgangswelle und dem Stellglied vor. Des Weiteren ist ein Stellantrieb zur Relativverstellung des Stellglieds gegenüber der Ausgangswelle vorgesehen, um die Lenkkraftunterstützungscharakteristik der Servolenkbaugruppe zu beeinflussen. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Stellantrieb zwei miteinander gekoppelte Wellgetriebe auf, die jeweils einen Ringstator und einen Wellgenerator sowie einen beiden Wellgetrieben gemeinsamen Flexrotor aufweisen. Der gemeinsame Flexrotor dient der Kopplung der beiden Wellgetriebe miteinander.
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Die erfindungsgemäße Kopplung der beiden Wellgetriebe ermöglicht einerseits eine Relativverstellung zwischen der Ausgangswelle und dem Stellglied, beispielsweise der Ventilhülse, um hierdurch die Lenkkraftunterstützungscharakteristik der Servolenkbaugruppe zu beeinflussen, das heißt der von einem Fahrer über die Eingangswelle vorgegebenen Eingangsgröße eine Überlagerungsgröße zu überlagern. Die Relativverstellung kann beispielsweise durch Relativverdrehen des einen Wellgenerators gegenüber dem anderen bewirkt werden. Andererseits ermöglicht die Kopplung der beiden Wellgetriebe über den gemeinsamen Flexrotor, dass die erfindungsgemäß gekoppelten Wellgetriebe bei feststehenden Wellgeneratoren beider Wellgetriebe ein internes Übersetzungsverhältnis von 1:1 aufweisen. Mit anderen Worten wird in diesem Fall eine Drehung der Ausgangswelle in gleichem Maß auf das Stellglied, beispielsweise die Ventilhülse, übertragen, so dass der Stellantrieb bei einer von einem Fahrer bewirkten Lenkbewegung nicht nachgeführt werden muss. Die Wellgetriebe zeichnen sich ferner durch einen geringen Platzbedarf bei gleichzeitig sehr hohem Untersetzungsverhältnis aus, wodurch sich unter anderem die Präzision der Relativverstellung zwischen Ausgangswelle und Stellglied verbessern lässt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sieht der Stellantrieb wenigstens einen Antriebsmotor vor, der so angeordnet und ausgestaltet ist, dass er eine Verdrehung des Wellgenerators eines der beiden Wellgetriebe bewirkt, wobei der Wellgenerator des anderen Wellgetriebes an einem Gehäuse der Servolenkbaugruppe festgelegt ist.
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Bevorzugt ist der Ringstator des ersten Wellgetriebes mit der Ausgangswelle verbunden, insbesondere drehfest mit dieser verbunden, und der Ringstator des zweiten Wellgetriebes ist mit dem Stellglied verbunden, insbesondere ebenfalls drehfest mit diesem verbunden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften alternativen Ausgestaltung der Erfindung, mit der sich unter anderem die Präzision der Relativverstellung zwischen der Ausgangswelle und dem Stellglied noch weiter steigern lässt, sieht der Stellantrieb wenigstens einen Antriebsmotor vor, der so angeordnet und ausgestaltet ist, dass er eine gleichsinnige Verdrehung unter gleichzeitiger Relativverdrehung der beiden Wellgeneratoren beider Wellgetriebe zueinander bewirkt. Somit kann der Antriebsmotor einen Differenzwinkel zwischen den Wellgeneratoren der beiden Wellgetriebe einstellen. Dieser Differenzwinkel wird mit der von den gekoppelten Wellgetrieben vorgegebenen Übersetzung auf eine Relativverstellung zwischen dem Stellglied, beispielsweise der Ventilhülse, und der Ausgangswelle übertragen. Die gleichsinnige Verdrehung unter gleichzeitiger Relativverdrehung der beiden Wellgeneratoren der Wellgetriebe zueinander führt dazu, dass mit einem betragsmäßig großen absoluten Drehwinkel, den jeder Wellgenerator zurücklegt und der vom Antriebsmotor bewirkt wird, eine vergleichsweise kleine Relativverstellung zwischen der Ausgangswelle und dem Stellglied eingestellt wird. Somit lassen sich in vorteilhafter Weise aufgrund der höheren Einstellgenauigkeit kostengünstigere Antriebsmotoren einsetzen, die bereits geringeren Stellgenauigkeitsanforderungen genügen.
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Vorzugsweise steht der Antriebsmotor in Dreheingriff mit den Wellgeneratoren der beiden Wellgetriebe. Unter Dreheingriff ist hierbei sowohl eine reibschlüssige als auch eine formschlüssige Art der Übertragung einer Drehbewegung von einem Drehelement des Antriebsmotors, beispielsweise eines Rotors des Antriebsmotors, auf den Wellgenerator des Wellgetriebes zu verstehen. Diese Ausführungsform bietet insbesondere den Vorteil, dass die Drehbewegung des Antriebsmotors für die Übertragung auf die Wellgetriebe nicht in eine Linearbewegung umgewandelt werden muss, was zu einer besonders kompakten und platzsparenden Anordnung des Stellantriebs führt.
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In einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung steht der Antriebsmotor über zwei Antriebsräder oder ein mehrteiliges Antriebsrad in Dreheingriff mit den Wellgetrieben. Besonders bevorzugt steht der Antriebsmotor jedoch über ein einziges Antriebsrad in Dreheingriff mit den Wellgetrieben. Somit ist die gleichsinnige und gleichzeitig Relativverdrehung der beiden Wellgeneratoren der Wellgetriebe zueinander mittels eines einzigen Antriebsmotors möglich. Dies bietet insbesondere den Vorteil einer einfachen und platzsparenden Anordnung des Stellantriebs sowie eine nahezu spielfreie Relativverstellung des Stellglieds gegenüber der Ausgangswelle, da die beiden Wellgeneratoren lediglich durch einen einzigen Antriebsmotor verdreht werden.
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In einer noch weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist das Antriebsrad ein zweistufiges Ritzel und die beiden Wellgeneratoren weisen jeweils unterschiedliche Antriebsverzahnungen auf. Als Antriebsverzahnung ist hierbei diejenige Verzahnung der Wellgeneratoren zu verstehen, die in Dreheingriff mit dem vom Antriebsmotor angetriebenen Antriebsrad stehen. Dies ermöglicht die Ausgestaltung eines insbesondere wartungsfreundlichen, formschlüssigen Dreheingriffs zwischen dem Antriebsmotor und den Wellgeneratoren der Wellgetriebe. Durch eine geeignete Wahl der Antriebsverzahnungen der beiden Wellgeneratoren und der Verzahnungen des zweistufigen Ritzels lassen sich in einfacher Weise zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse, die jeweils von dem einen Antriebsmotor auf ein Wellgetriebe wirken, festlegen, wodurch sich die Relativverstellung zwischen dem Stellglied und der Ausgangswelle weiter in gewünschter Weise beeinflussen lässt.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird. In dieser Zeichnung zeigt die einzige 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Servolenkbaugruppe.
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1 stellt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Servolenkbaugruppe 20 dar. Die Servolenkbaugruppe 20 umfasst im Wesentlichen eine Eingangswelle 21, eine Ausgangswelle 22, ein hydraulisches Servoventil mit einem Stellglied 23, insbesondere einer Ventilhülse 23, sowie einen Stellantrieb 24.
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Die Eingangswelle 21 ist über eine in 1 nicht gezeigte Lenksäule mit einem Lenkrad verbunden. Die Ausgangswelle 22 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel über ein Lenkgestänge (nicht dargestellt) mit lenkbaren Fahrzeugrädern (nicht dargestellt) verbunden. Die Eingangswelle 21 ist in bekannter Weise über einen Torsionsstab (nicht dargestellt) mit der Ausgangswelle 22 verbunden, wobei der Torsionsstab an seinem einen Ende drehfest mit der Eingangswelle 21 und an seinem anderen Ende drehfest mit der Ausgangswelle 22 verbunden ist. Dementsprechend stellt der Torsionsstab eine Kopplung zwischen der Eingangswelle 21 und der Ausgangswelle 22 her, wobei er eine Relativverdrehung zwischen diesen zulässt.
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Ferner ist konzentrisch zur Eingangswelle 21 und um diese herum das Stellglied 23, im vorliegenden Fall die Ventilhülse 23, angeordnet. Das Stellglied 23 ist bei der in 1 dargestellten Servolenkbaugruppe 20 relativ zur Eingangswelle 21 dreh- und/oder verschiebbar gelagert. Das Stellglied 23 steht mit der Ausgangswelle 22 in Eingriff und wird von dieser angetrieben, wobei der Eingriff zwischen der Ausgangswelle 22 und dem Stellglied 23 eine Relativverstellung zwischen beiden vorsieht, um die Lenkkraftunterstützungscharakteristik der Servolenkbaugruppe 20 zu beeinflussen. Die Relativverstellung wird von dem Stellantrieb 24 bewirkt. Die Servolenkbaugruppe 20 ist ferner von einem Gehäuse (nicht dargestellt) umgeben.
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Die Wirkungsweise der bis hier beschriebenen Servolenkbaugruppe 20 ist aus dem Stand der Technik allgemein bekannt.
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Wie 1 weiter zu entnehmen ist, umfasst der Stellantrieb 24 zwei miteinander gekoppelte Wellgetriebe. Die Wellgetriebe umfassen jeweils einen Ringstator 25 (erstes Wellgetriebe) und 26 (zweites Wellgetriebe) sowie jeweils einen ellipsenförmigen Wellgenerator 27 (erstes Wellgetriebe) und 28 (zweites Wellgetriebe). Die beiden Wellgetriebe sind über einen gemeinsamen Flexrotor 29 miteinander gekoppelt. Der Flexrotor 29 ist auf seiner Außenseite mit einer Verzahnung versehen, die in einer Verzahnung abläuft, die auf der Innenseite der Ringstatoren 25 und 26 gebildet ist. Bevorzugt ist zwischen der Außenseite jedes Wellgenerators 27 und 28 und dem gemeinsamen Flexrotor 29 jeweils eine Wälzlagerung 30 vorgesehen.
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Wie in 1 dargestellt ist, ist der Ringstator 25 des ersten Wellgetriebes drehfest mit der Ausgangswelle 22 verbunden und der Ringstator 26 des zweiten Wellgetriebes ist drehfest mit dem Stellglied 23 verbunden. Auf diese Weise wird bei feststehenden Wellgeneratoren 27 und 28 eine Drehbewegung der Ausgangswelle 22 mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 auf das Stellglied 23 übertragen.
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Des Weiteren weist der Stellantrieb 24 der in 1 gezeigten Servolenkbaugruppe 20 einen Antriebsmotor (nicht dargestellt) auf, der eine Verdrehung des Wellgenerators 27 des ersten Wellgetriebes bewirken kann. Hierzu steht der Antriebsmotor beispielsweise mit seinem Rotor in Dreheingriff mit dem Wellgenerator 27 des ersten Wellgetriebes. Der Wellgenerator 28 des zweiten Wellgetriebes ist bei der dargestellten Servolenkbaugruppe 20 an deren ortsfesten Gehäuse (nicht dargestellt) festgelegt. Auf diese Weise kann der Antriebsmotor eine Relativverdrehung des Wellgenerators 27 des ersten Wellgetriebes gegenüber dem Wellgenerator 28 des zweiten Wellgetriebes bewirken. Durch die in 1 dargestellte Kopplung der beiden Wellgetriebe wird eine Relativverstellung zwischen der Ausgangswelle 22 und dem Stellglied 23 bewirkt, wodurch die Lenkkraftunterstützungscharakteristik der Servolenkbaugruppe 20 beeinflusst wird, das heißt der von einem Fahrer über die Eingangswelle 21 vorgegebenen Eingangsgröße eine Überlagerungsgröße überlagert.
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Andererseits wird bei feststehendem Wellgenerator 27 des ersten Wellgetriebes, beispielsweise aufgrund eines stillstehenden Antriebsmotors, eine Drehbewegung der Ausgangswelle 22 aufgrund des oben bereits erwähnten internen Übersetzungsverhältnisses von 1:1 der gekoppelten Wellgetriebe in gleichem Maß auf das Stellglied übertragen, so dass der Stellantrieb 24 bei einer von einem Fahrer bewirkten Lenkbewegung nicht nachgeführt werden muss.
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Die erfindungsgemäße Servolenkbaugruppe wurde anhand eines in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Servolenkbaugruppe ist jedoch nicht auf die hierin beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern umfasst auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen. So ist es beispielsweise möglich, die Reihenfolge der Anordnung des Ringstators, des Flexrotors und des Wellgenerators beider Wellgetriebe im Vergleich zu dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel umzukehren. Mit anderen Worten könnten die Wellgeneratoren der beiden Wellgetriebe außenliegend angeordnet sein und die beiden Ringstatoren innenliegend angeordnet sein, wobei die beiden Wellgetriebe weiterhin über einen gemeinsamen Flexrotor miteinander gekoppelt wären. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Servolenkbaugruppe könnten dann in analoger Weise auch auf die „umgekehrten” Wellgetriebe angewendet werden. Insbesondere wäre auch im Fall der umgekehrten Wellgetriebe der Ringstator des ersten Wellgetriebes mit der Ausgangswelle verbunden und der Ringstator des zweiten Wellgetriebes mit dem Stellglied verbunden. Der Antriebsmotor des Stellantriebs stünde bevorzugt wenigstens mit einem Wellgenerator eines der beiden Wellgetriebe in Dreheingriff.
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Des Weiteren stellt das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Servolenkbaugruppe lediglich eine mögliche Bauform dar, bei der die Drehbewegung der Ausgangswelle auf das Stellglied, beispielsweise die Ventilhülse, übertragen wird. Hierbei ist eines der beiden Wellgetriebe dem Stellglied und das andere der beiden Wellgetriebe der Ausgangswelle zugeordnet. Eine andere mögliche Bauform der Servolenkbaugruppe könnte anstelle der Drehbewegung der Ausgangswelle die Drehbewegung der Eingangswelle auf das Stellglied übertragen. In diesem Fall wäre eines der beiden Wellgetriebe der Eingangswelle zugeordnet und das andere der beiden Wellgetriebe wäre dem Stellglied zugeordnet.
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In bevorzugter Ausführung wird die erfindungsgemäße Servolenkbaugruppe in einem Kraftfahrzeug verwendet.
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Bezugszeichenliste
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- 20
- Servolenkbaugruppe
- 21
- Eingangswelle
- 22
- Ausgangswelle
- 23
- Servoventil
- 24
- Stellantrieb
- 25
- Ringstator des ersten Wellgetriebes
- 26
- Ringstator des zweiten Wellgetriebes
- 27
- Wellgenerator des ersten Wellgetriebes
- 28
- Wellgenerator des zweiten Wellgetriebes
- 29
- Flexrotor
- 30
- Wälzlagerung
