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Die Erfindung betrifft eine Lenkung für ein Fahrzeug mit einem Hochübersetzungsgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Unter einem Hochübersetzungsgetriebe werden dabei insbesondere Getriebe mit einer Übersetzung von mindestens 50, bevorzugt mindestens 90 und weiter bevorzugt mindestens 200 oder mindestens 400, verstanden, wobei es sich bei der Übersetzungsangabe auch um die Gesamtübersetzung eines zwei- oder mehrstufigen Getriebes handeln kann. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Lenkung für Kraftfahrzeuge, vorzugsweise Nutzkraftfahrzeuge, mit elektrisch antreibbarer Lenkhilfsvorrichtung.
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Als Lenkungen für Nutzkraftfahrzeuge werden vorliegend solche Lenkungen angesehen, bei welchen – insbesondere aufgrund eines hohen Fahrzeuggewichts von meist mehreren Tonnen – hohe Drehmomente für Lenkbewegungen benötigt werden, insbesondere wenn die lenkbaren Räder bei stehendem Fahrzeug betätigt werden sollen. Mit hohen Drehmomenten sind insbesondere mindestens 5000 Nm, mindestens 6000 Nm, mindestens 7000 Nm oder mindestens 8000 Nm, insbesondere maximale Drehmomente in der Größenordnung von ca. 8100 (+/–100 Nm) gemeint.
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Bei Nutzkraftfahrzeugen werden üblicherweise sogenannte Pitmanarmlenkungen eingesetzt. Diese umfassen üblicherweise einen um eine Drehachse einer Abtriebswelle verschwenkbaren Hebel, der als Pitmanarm bezeichnet wird. Über den Pitmanarm kann die radführende Achse des Nutzfahrzeugs angelenkt werden, indem dieser bedarfsweise – ausgehend von einer Neutrallage – meist um ca. 50° +/– 10° in beide Drehrichtungen verschwenkt wird.
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Ein Handlenkmoment eines Fahrzeugführers wird bei Pitmanarmlenkungen häufig über eine Lenkwelle mit Kugelgewindetrieb eingeleitet, wobei eine Kugelgewindemutter des Kugelgewindetriebes bei Lenkbewegungen axial entlang der Lenkwelle verfahren wird. Ein fest mit der Kugelgewindemutter verbundener oder daran ausgebildeter Zahnstangenabschnitt treibt ein damit kämmendes Zahnsegment an, welches drehfest mit der Abtriebswelle verbunden ist und diese gemeinsam mit dem Pitmanarm verschwenkt. Um bei großen benötigten Drehmomenten den Fahrzeugführer bei der Lenkbewegung zu unterstützen, kann eine Lenkhilfsvorrichtung mittels eines Antriebs ein Lenkhilfsmoment bereitstellen, welches ergänzend auf die Abtriebswelle übertragen wird. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf wie vorstehend beschriebene Pitmanarmlenkungen, bei welchen bedarfsweise oder permanent über einen elektrischen Antrieb einer Lenkhilfsvorrichtung ein zusätzliches Drehmoment auf die Abtriebswelle übertragen wird.
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Aus
DE 10 2007 005 148 A1 ist eine Winkelübertragungseinheit einer Aktivlenkung eines Fahrzeuges bekannt, das ein Gehäuse, eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle umfasst, wobei das Gehäuse drehfest innerhalb des Fahrzeugs angeordnet sein soll. Die Winkelübertragungseinheit soll ferner ein als Planetengetriebe ausgebildetes Exzentergetriebe mit zumindest einem Sonnenrad, zumindest einem mit einem Planetenträger gekoppelten Planetenrad und zumindest einem Hohlrad umfassen sowie einen Elektromotor aufweisen. Eine Verwendung der Winkelübertragungseinheit als Lenkhilfsvorrichtung für Nutzfahrzeuge mit Pitmanarmlenkung ist nicht beschrieben. Die für eine Aktivlenkung vorgesehene Winkelübertragungseinheit scheint für diesen Zweck auch nicht geeignet zu sein.
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Aus
DE 10 2010 053 581 A1 ist eine Servolenkung eines Lenksystems für Nutzkraftwagen bekannt, die einen elektrischen Antriebsmotor zum Erzeugen eines Antriebsmoments sowie ein Servogetriebe mit mindestens zwei Getriebestufen umfasst. Als Beispiel für die Ausbildung des Lenksystems wird auf ein Kugelmutterlenkgetriebe verwiesen, gemäß welchem eine als Kolben ausgebildete Kugelgewindemutter axial entlang eines Spindelabschnitts verfahrbar ist, um mittels eines daran ausgebildeten Zahnstangenabschnitts einen damit kämmenden Zahnsegmentabschnitt einer als Segmentwelle bezeichneten Abtriebswelle anzutreiben und die Abtriebswelle so rotatorisch anzutreiben. Als Getriebestufen sollen Standardgetriebe miteinander gekoppelt werden. Als Standardgetriebe werden Kegelradgetriebe, Hypoidgetriebe, Stirnradgetriebe, Zahnriementriebe und Planetengetriebe genannt. Das Servogetriebe soll eine Übersetzung zwischen 300:1 und 900:1 aufweisen, insbesondere ca. 600:1. Nachteilig an der Servolenkung ist, dass drei oder mehr Getriebestufen mit den genannten Getrieben erforderlich sind, um die gewünschte Übersetzung zu erreichen, und dies mit einem hohen Bauraumbedarf, hohen Kosten, einem schlechten Getriebewirkungsgrad und einem hohen Getriebegewicht verbunden ist.
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Aus
DE 100 39 574 A1 ist eine elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung von der Bauart einer Blocklenkung bekannt. Die Lenkvorrichtung umfasst einen um eine Achse verschwenkbaren und in einem Getriebegehäuse gelagerten Lenkhebel mit einem ersten Schenkel nach Art eines Pitmanarmes, der einen Anschluss als Antrieb einer Kraftfahrzeuglenkung trägt. Der Lenkhebel umfasst ferner einen zweiten, von einem Zahnsegment gebildeten Schenkel. Dabei soll das Zahnsegment mittelbar oder unmittelbar mit zwei elektrischen Antriebsmotoren in Eingriff stehen. Es ist vorgesehen, ein hochübersetzendes Rädergetriebe mit einem Untersetzungsverhältnis von 100:1 bis 500:1 zwischen der Motorwelle und dem Lenkhebel anzuordnen. Nachteilig an dieser Lenkvorrichtung ist, dass zwei elektrische Antriebsmotoren erforderlich sind, die nicht nur hohe Kosten verursachen, sondern auch viel Bauraum beanspruchen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenkung, insbesondere mit elektrisch antreibbarer Lenkhilfsvorrichtung mit Hochübersetzungsgetriebe, für ein Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, welche nur geringen Bauraum beansprucht und einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Eine erfindungsgemäße Lenkung für Fahrzeuge mit Hochübersetzungsgetriebe umfasst mindestens zwei Getriebestufen, wobei mindestens eine der Getriebestufen durch ein Zykloidgetriebe gebildet ist. Durch die Verwendung eines Zykloidgetriebes ergeben sich neue und insbesondere Bauraum einsparende Anordnungsmöglichkeiten in einer Lenkung, welche nachfolgend in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen noch im Detail erläutert werden. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn das Hochübersetzungsgetriebe genau zwei Getriebestufen aufweist, wobei nur eine Getriebestufe durch ein Zykloidgetriebe gebildet ist und die andere Getriebestufe durch einen anderen Getriebetyp gebildet ist, insbesondere durch ein Zahnradgetriebe. Mit Fahrzeugen sind vorliegend insbesondere Kraftfahrzeuge gemeint, wobei damit sowohl Personenkraftwagen als auch Nutzkraftwagen umfasst sind. Die Erfindung betrifft insbesondere Nutzfahrzeuge. Der Vollständigkeit halber wird jedoch darauf verwiesen, dass mit dem Begriff "Fahrzeuge" vorliegend auch nicht straßen- oder schienengebundene Fahrzeuge, wie beispielsweise Schiffe, umfasst sein sollen. Die Erfindung lässt sich insoweit auch beispielsweise auf Lenkungen derartiger Fahrzeuge übertragen, beispielsweise auf Ruderanlagen für Schiffe.
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Wie bereits erwähnt, wurde die Erfindung insbesondere zur Verbesserung einer Lenkung von Kraftfahrzeugen, vorzugsweise Nutzfahrzeugen, entwickelt. In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lenkung handelt es sich daher um eine Lenkung für Kraftfahrzeuge mit elektrisch antreibbarer Lenkhilfsvorrichtung, wobei das Hochübersetzungsgetriebe zwischen einer elektrisch betriebenen Lenkhilfs-Antriebsvorrichtung und einem Abtriebsglied der Lenkung angeordnet ist. Mit dem Begriff "Abtriebsglied" sind vorliegend bekannte Abtriebswellen von Nutzfahrzeuglenkungen gemeint, die üblicherweise drehfest mit einem sogenannten Pitmanarm gekoppelt sind. Der Begriff "Abtriebsglied" soll darüber hinaus jedoch auch neue Bauformen umfassen, in welchen auf eine Abtriebswelle im Bereich eines Pitmanarmes vollständig verzichtet werden kann.
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Hierauf wird im Folgenden, insbesondere auch in Verbindung mit der Figurenbeschreibung, noch näher eingegangen. Die Erfindung hat für Kraftfahrzeuge mit Lenkhilfsvorrichtung besondere Bedeutung, insbesondere in Verbindung mit Nutzfahrzeugen, die eine Lenkhilfsvorrichtung umfassen, welche über einen von dem Handpfad separaten Hilfsantriebspfad aufweisen, bei welchen ein Hilfsmoment über einen zweite funktionale Kopplung des Hilfsantriebes mit der Abtriebswelle der Lenkung ein Hilfsmoment bedarfsweise übertragen werden kann. Grundsätzlich lässt sich eine nur wenig Bauraum beanspruchende Lösung mit einer erfindungsgemäßen Lenkung erzielen, wenn als ausschließliche Lenkhilfs-Antriebsvorrichtung ein Elektromotor vorgesehen ist.
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Bauraum kann bei einer erfindungsgemäßen Lenkung insbesondere dadurch eingespart werden, dass mindestens ein Lager einer Antriebswelle eines Elektromotors einer elektrisch betriebenen Lenkhilfs-Antriebsvorrichtung in axialer Richtung betrachtet zumindest teilweise innerhalb des Hochübersetzungsgetriebes angeordnet ist. Eine derartige Anordnung kann insbesondere dadurch erfolgen, dass im Bereich eines axialen Endes eines Hochübersetzungsgetriebes eine hohlzylindrische Ausnehmung für die mindestens teilweise Anordnung des Lagers für die Antriebswelle ausgebildet ist.
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Weitere bauraumtechnische Vorteile lassen sich bei einer erfindungsgemäßen Lenkung dadurch erzielen, dass als erste Getriebestufe des Hochübersetzungsgetriebes ein Stirnradgetriebe und als zweite Getriebestufe des Hochübersetzungsgetriebes das Zykloidgetriebe vorgesehen ist. Diese beiden Getriebetypen lassen sich sehr kompakt ineinander verschachtelt anordnen. Darüber hinaus kann ein derartiges Hochübersetzungsgetriebe trotz einer kompakten Gestaltung derart konstruktiv ausgebildet sein, dass es in axialer Richtung einer Drehachse des Hochübersetzungsgetriebes betrachtet jeweils außenseitig zwei drehfest miteinander verbundene Abtriebsscheiben umfasst, die beide gleichermaßen als Abtriebselement des Hochübersetzungsgetriebes dienen können. Dies ermöglicht eine sehr variable Anordnung in einem Kraftfahrzeug und insbesondere eine Anordnung derart, dass das Hochübersetzungsgetriebe sich gleichermaßen für Kraftfahrzeuge eignet, deren Lenkrad in der linken Fahrzeughälfte (Linkslenker) oder in der rechten Fahrzeughälfte (Rechtslenker) angeordnet ist. Ein derartig aufgebautes Hochübersetzungsgetriebe mit einem Stirnradgetriebe und einem Zykloidgetriebe kann darüber hinaus mit hohen Wirkungsgraden realisiert werden, da die innere Reibung sehr gering gehalten werden kann. Insbesondere können bei hohen Übersetzungen und einer relativ geringen Massenträgheit Wirkungsgrade von mehr als 70 %, teilweise auch mehr als 80 % oder sogar mehr als 83 % erreicht werden. Auch das Rückbetriebsmoment derartiger Hochübersetzungsgetriebe ist gering.
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Die folgenden technischen Merkmale, welche einzeln, in beliebiger Kombination miteinander kombiniert oder auch vollständig an einer erfindungsgemäßen Lenkung realisiert sein können, sind weitere vorteilhafte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Lenkung:
- a) Das Stirnradgetriebe umfasst ein zentrales Antriebsritzel sowie mindestens zwei das Antriebsritzel umgebende und von diesem angetriebene Abtriebsritzel.
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Es hat sich gezeigt, dass eine Kombination eines Stirnradgetriebes, insbesondere wenn dieses ein zentrales Abtriebsritzel sowie 2 bis 7 (bevorzugt 2 bis 5 und besonders bevorzugt 2 bis 3) mit dem Antriebsritzel kämmende Abtriebsritzel umfasst, eine kompakte und mit hohem Wirkungsgrad realisierbare erste Getriebestufe darstellt, durch welche sich in Kombination mit einer nachgeschalteten Getriebestufe in Form eines Zykloidgetriebes für aktuell verfügbare Elektromotoren eine geeignete Gesamtübersetzung bereitstellen lässt.
- b) Mittels mindestens eines Abtriebsritzels wird eine exzentrische Welle angetrieben, welche mindestens zwei Kurvenscheiben antreibt.
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Mit den genannten Kurvenscheiben sind insbesondere zwei axial zueinander beabstandet angeordnete Kurvenscheiben gemeint, welche von der genannten exzentrischen Welle durchragt und angetrieben werden. Eine kompakte und zugleich funktionssichere erfindungsgemäße Lenkung ergibt sich, wenn mindestens 2, bevorzugt mindestens 3 bis 5 Abtriebsritzel, zwei benachbart zueinander angeordnete Kurvenscheiben antreiben.
- c) Mittels mindestens zwei Kurvenscheiben wird eine Vielzahl von benachbart zu den Kurvenscheiben angeordneten, die Kurvenscheiben an ihrem Außenumfang umgebenden Rollen angetrieben.
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Mit den vorstehend genannten Rollen sind insbesondere zylindrische Rollen gemeint, die ortsfest um eine Drehachse drehbar gelagert sind.
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Als Drehachse dieser Rollen dient insbesondere die Mittelachse zylindrisch ausgebildeter Rollen. Die Rollen weisen vorzugsweise einen sehr geringen Durchmesser auf und sind dicht beabstandet kreisförmig um die beiden Kurvenscheiben angeordnet. Dementsprechend ist die Zahl der verwendeten zylindrischen Rollen deutlich größer als die Zahl der Abtriebsritzel. Die Zahl der Rollen entspricht vorzugsweise dem 5 bis 100fachen, bevorzugt dem 10 bis 40fachen im Vergleich zur Zahl der Abtriebsritzel.
- d) Mindestens zwei Abtriebsritzel des Stirnradgetriebes sind drehbar um exzentrisch zu der Drehachse des Antriebsritzel angeordnete Abtriebsritzel-Drehachsen gelagert, wobei die Abtriebsritzel-Drehachsen drehfest mit mindestens einer als Abtriebsscheibe des Hochübersetzungsgetriebes dienenden Abtriebsscheibe verbunden sind, wobei die mindestens eine Abtriebsscheibe gemeinsam mit den Abtriebsritzel-Drehachsen um die Drehachse den Antriebsritzels rotierend angeordnet ist.
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Die Mindestens eine Abtriebsscheibe ist vorzugsweise in axialer Richtung betrachtet außenseitig des Hochübersetzungsgetriebes angeordnet, so dass dieses als Anschlusselement für weitere Abtriebselemente dienen kann. Besonders bevorzugt ist es, wenn zwei Abtriebsscheiben in axialer Richtung betrachtet jeweils außenseitig angeordnet sind, weil dann das Hochübersetzungsgetriebe zwei alternativ verwendbare Anschlussflansche für weitere Abtriebselemente aufweist.
- e) Das Hochübersetzungsgetriebe weist als Antriebselement eine im Bereich einer Drehachse angeordnete Antriebswelle für eine elektrisch betriebene Lenkhilfs-Antriebsvorrichtung mit einem um die Drehachse rotierbar angeordneten Antriebsritzel und als Abtriebselement mindestens eine, um die Drehachse rotierbar angeordnete Abtriebsscheibe auf.
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Wie bereits vorstehend angedeutet, sind vorzugsweise zwei drehfest miteinander verbundene oder einstückig ausgebildete Abtriebsscheiben vorgesehen, welche das Hochübersetzungsgetriebe in axialer Richtung jeweils außenseitig begrenzen und somit abtriebsseitig des Hochübersetzungsgetriebes eine besonders variable Nutzung ermöglichen. In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lenkung ist die Übersetzung der ersten Getriebestufe zwischen 1:1 und 1:10 gewählt, wobei die Übersetzung der zweiten Getriebestufe zwischen 1:50 und 1:150 gewählt ist. Damit lassen sich Gesamtübersetzungen zwischen 1:50 und 1:1500 realisieren, wobei als Übersetzung für die erste Getriebestufe vorzugsweise ein Bereich von 3 bis 7, besonders bevorzugt 5, gewählt wird und für die Übersetzung der zweiten Getriebestufe eine Übersetzung von 80 bis 120, besonders bevorzugt von 96.
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Unabhängig von den vorstehend genannten technischen Merkmalen, die einzeln oder in beliebiger Kombination verwirklicht sein können, sind als Hochübersetzungsgetriebe besonders geeignet die mit der Bezeichnung Nabtesco RV verfügbaren Einbausätze, insbesondere die Einbausätze der RV-E Serie. Auf sämtliche technischen Merkmale dieser speziellen Einbausätze wird hiermit verwiesen.
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Im Folgenden werden zwei bevorzugte konkrete Anordnungen eines Hochübersetzungsgetriebes in einer erfindungsgemäßen Lenkung beschrieben. Gemäß einer ersten Anordnung, welche den aus dem Stand der Technik bekannten Lenkanordnungen von Pitmanarmlenkungen näher kommt, weist das Hochübersetzungsgetriebe eine mittlere Drehachse und einen Hohlraum im Bereich der Drehachse auf, wobei das Hochübersetzungsgetriebe eingangsseitig mit einer in diesem Hohlraum axial hineinragenden Antriebswelle einer elektrisch betriebenen Lenkhilfs-Antriebsvorrichtung gekoppelt ist und wobei das Hochübersetzungsgetriebe ausgangsseitig mit einer koaxial zu der Antriebswelle der Lenkhilfs-Antriebsvorrichtung angeordneten Abtriebswelle verbunden ist. Bei der genannten Abtriebswelle handelt es sich insbesondere um eine Abtriebswelle einer bekannten Pitmanarmlenkung, welche über eine an der Abtriebswelle ausgebildete Segmentverzahnung und einem Kugelgewindetrieb mit einer Kugelgewindemutter, die drehfest mit einem Zahnsegment verbunden ist und üblicherweise der Übertragung eines Handlenkmoments eines Fahrzeugführers dient, angetrieben wird. Dieser Pfad einer Lenkung wird auch als Handpfad bezeichnet. Bei dieser ersten Variante einer erfindungsgemäßen Lenkung ergeben sich bauraumtechnische Vorteile insbesondere dadurch, dass die Antriebswelle der Lenkhilfs-Antriebsvorrichtung, insbesondere eines Elektromotors, zumindest teilweise innerhalb des Hochübersetzungsgetriebes angeordnet sein kann und auch zumindest ein Lager der Antriebswelle zumindest teilweise innerhalb des Hochübersetzungsgetriebes angeordnet sein kann.
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Gemäß einer zweiten Variante einer erfindungsgemäßen Lenkung weist das Hochübersetzungsgetriebe ausgangsseitig mindestens eine Abtriebsscheibe auf und ist eingangsseitig von einem Elektromotor mit einer Antriebswelle angetrieben. Dabei ist die Antriebswelle des Elektromotors eine als Hohlwelle ausgebildete Abtriebswelle eines Handpfades axial durchragend angeordnet, wobei die Abtriebswelle des Handpfades drehfest mit einer Abtriebsscheibe des Hochübersetzungsgetriebes verbunden ist und wobei eine Abtriebsscheibe des Hochübersetzungsgetriebes drehfest mit einem Pitmanarm gekoppelt ist. Bei dieser Variante kann eine Anordnung des Elektromotors einerseits und des Hochübersetzungsgetriebes andererseits einen Handpfad umgebend sehr kompakt realisiert werden, beispielsweise indem rechts eines Kugelgewindetriebes der Elektromotor angeordnet ist und links des Kugelgewindetriebes das Hochübersetzungsgetriebe angeordnet ist. Damit kann eine erfindungsgemäße Lenkung sehr geringe Ausmaße in axialer Richtung aufweisen.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform, die sich mit der vorstehend beschriebenen zweiten Variante kombinieren lässt, ist eine Abtriebsscheibe des Hochübersetzungsgetriebes unmittelbar mit einem Pitmanarm verbunden, oder ein Pitmanarm ist an der Abtriebsscheibe selbst ausgebildet. Eine Abtriebswelle, wie sie aus der ersten Variante und aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist für die Befestigung und den Antrieb des Pitmanarms einer erfindungsgemäßen Lenkung dann nicht mehr erforderlich. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass eine Abtriebsscheibe im Vergleich zu einer aus dem Stand der Technik bekannten Abtriebswelle einen relativ großen Durchmesser aufweist, so dass sich zwischen dem an der Abtriebsscheibe angeordneten oder ausgebildeten Pitmanarm und der Abtriebsscheibe eine vorteilhafte Momentübertragung ergibt.
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Weitere Vorteile können sich in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lenkung dadurch ergeben, dass der Pitmanarm eine Kröpfung derart aufweist, dass das von der Drehachse der Abtriebsscheibe beabstandete Ende des Pitmanarmes in axialer Richtung in Überdeckung mit dem Hochübersetzungsgetriebe angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn das von der Drehachse der Abtriebsscheibe beabstandete Ende des Pitmanarmes in axialer Richtung in Überdeckung mit einer Lagerung eines Zykloidgetriebes des Hochübersetzungsgetriebes gebracht ist. In diesem Fall wird ein axialer Versatz zwischen der Lagerung und dem Ende des Pitmanarmes vermieden, so dass sich eine vorteilhafte und die Lebensdauer verlängernde Belastung des Lagers ergibt.
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Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Hochübersetzungsgetriebes einer erfindungsgemäßen Lenkung,
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2 eine Ausführungsform des in 1 schematisch dargestellten Hochübersetzungsgetriebes mit mehreren Teilschnitten zur besseren Erkennbarkeit des Funktionsprinzips in einer isometrischen Darstellung,
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3 eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Lenkung mit einem Hochübersetzungsgetriebe gemäß 2 in einer Schnittdarstellung,
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4 eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Lenkung mit einem Hochübersetzungsgetriebe gemäß 2 in einer Schnittdarstellung und
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5 die Anordnung gemäß 4 mit einer alternativen Gestaltung eines Pitmanarmes.
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1 zeigt als Teil einer Lenkung 10 eines nicht dargestellten Nutzfahrzeuges eine schematische Darstellung eines zweistufig ausgebildeten Hochübersetzungsgetriebes 12. Eingangsseitig des Hochübersetzungsgetriebes 12 ist eine Antriebswelle 14 eines nur schematisch dargestellten Elektromotors 16 vorgesehen.
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Das Hochübersetzungsgetriebe 12 umfasst als erste Getriebestufe ein Stirnradgetriebe 18 und als zweite Getriebestufe ein Zykloidgetriebe 20.
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Die Antriebswelle 14 des Elektromotors 16 ist drehfest mit einem Antriebsritzel 22 des Stirnradgetriebes 18 verbunden. Das Antriebsritzel 22 kämmt mit insgesamt drei Abtriebsritzeln 24, welche das Antriebsritzel 22 umgeben und von welchen in 1 exemplarisch nur ein Abtriebsritzel 24 dargestellt ist. Die Drehachsen der Abtriebsritzel 24 sind jeweils mit einer Exzenterwelle 26 funktional verbunden, insbesondere über eine Vielkeilwelle. Zwischen den Abtriebsscheiben 28a, 28b weisen die Exzenterwellen 26 zwei exzentrisch ausgebildete Wellenabschnitte 30a, 30b auf. Diese exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitte 30a, 30b dienen dem Antrieb von korrespondierenden Kurvenscheiben 32a, 32b, welche auf die Kurvenscheiben 32a, 32b umgebenden zylindrischen Rollen 34 eines Nadellagers abrollen. Als Abtriebselemente dienen zwei in axialer Richtung betrachtet außenseitig angeordnete, rotierende Abtriebsscheiben 28a, 28b, welche drehfest miteinander gekoppelt sind. Bei dem gezeigten Hochübersetzungsgetriebe 12 sind insgesamt 96 Rollen 34 gleichmäßig die Kurvenscheiben 32a, 32b umgebend angeordnet. Die Übersetzung beträgt 96:1, d.h. es sind 96 Umdrehungen der Antriebswelle 14 erforderlich, bis die Abtriebsscheiben 28a, 28b sich einmal vollständig um ihre Drehachse gedreht haben.
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In 2 ist eine Ausführungsform eines Hochübersetzungsgetriebes 12 gemäß 1 in einer isometrischen Darstellung gezeigt, wobei insbesondere die linke Abtriebsscheibe 28a und ein Abtriebsritzel 24 des Stirnradgetriebes 18 teilweise geschnitten dargestellt sind, um den inneren Aufbau des Hochübersetzungsgetriebes 12 besser erkennen zu können. Dadurch wird beispielsweise ein Verbindungselement 36 gut erkennbar, welches die als Abtriebselemente dienenden Abtriebsscheiben 28a, 28b drehfest miteinander verbindet.
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Das Hochübersetzungsgetriebe 12 weist auch ein Gehäuse 38 auf, welches insbesondere dazu dient, die zylindrischen Rollen 34 zu fixieren und Lagerstellen für weitere Elemente zur Verfügung zu stellen. Über radial herausragende Flanschabschnitte 40 und darin ausgebildete Öffnungen 42 kann das Gehäuse 38 bedarfsweise gegenüber anderen Elementen einer Lenkung oder eines Kraftfahrzeuges befestigt werden.
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3 zeigt eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Lenkung 10 mit einem Hochübersetzungsgetriebe 12 gemäß 2. Die Lenkung 10 umfasst eine Abtriebswelle 44, welche an einem freien Ende 48 in bekannter Weise über eine Steckverzahnung 46 mit einem Pitmanarm 50 verbunden ist. Der Pitmanarm 50 ist zur Bewegung von Lenkstangen einer radführenden Achse eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges ausgehend von einer Neutralstellung um ca. 50 ° in beide Drehrichtungen verschwenkbar. Dazu ist die Abtriebswelle 44 um eine Drehachse D drehbar gelagert. Die Lagerung erfolgt über ein erstes Wälzlager 52, das zwischen einem die Abtriebswelle 44 teilweise umgebenden Gehäuse und der Abtriebswelle 44 angeordnet ist. Die Lagerung erfolgt ferner über eine als Abtriebsglied dienende Abtriebsscheibe 28a des Hochübersetzungsgetriebes 12, dessen Gehäuse 38 in dem Lenkungsgehäuse 54 angeordnet ist. Mit gestrichelten Linien sind die entsprechenden Lagerbereiche 74 in 3 gekennzeichnet.
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Die Abtriebswelle 44 ist zum einen über einen Handpfad antreibbar, welche eine Lenkwelle 56 mit einem daran ausgebildeten, nicht erkennbaren Spindelabschnitt sowie eine den Spindelabschnitt der Lenkwelle 56 umgebende Kugelgewindemutter 58 mit einem daran ausgebildeten Zahnstangenabschnitt 60 umfasst. Der Zahnstangenabschnitt 60 steht in kämmendem Eingriff mit einem an der Abtriebswelle 44 ausgebildeten Zahnsegmentabschnitt 62.
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Wie in 3 erkennbar, ist die Lenkwelle 56 in der gezeigten Ausführungsform zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildet. Innerhalb der Lenkwelle 56 ist ein Torsionsstab 64 angeordnet.
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Über die Lenkwelle 56 kann von einem Fahrzeugführer eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges ein Handlenkmoment über einen Handpfad 80 eingeleitet werden. Mittels einer Handlenkmoments kann die Lenkwelle 56 um die Lenkwellenachse 66 verdreht werden. Ein Verdrehen der Lenkwelle 56 führt zu einem axialen Verfahren der Kugelgewindemutter 58 mit dem daran ausgebildeten Zahnstangenabschnitt 60. Aufgrund des kämmenden Eingriffs zwischen dem Zahnstangenabschnitt 60 und einem Zahnsegmentabschnitt 62 der Abtriebswelle 44 wird die Abtriebswelle 44 durch ein axiales Verfahren der Kugelgewindemutter 58 um ihre Drehachse D verschwenkt.
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Zum anderen weist die Abtriebswelle 44 zusätzlich zu dem Handpfad 80 noch einen Hilfsantriebs-Pfad einer Lenkhilfsvorrichtung auf. Der Hilfsantriebs-Pfad der Lenkhilfsvorrichtung erstreckt sich ausgehend von einer Antriebswelle 14 des Elektromotors 16, welcher als Lenkhilfs-Antriebsvorrichtung der Lenkhilfsvorrichtung dient, über das Hochübersetzungsgetriebe 12 bis zu der in dieser Ausführungsform als Abtrieb des Hochübersetzungsgetriebes 12 dienenden Abtriebsscheibe 28a. Die Abtriebsscheibe 28a ist drehfest mit der Abtriebswelle 44 gekoppelt. Die Antriebswelle 14 des Elektromotors 16 ist über ein linkes Lager 68a und ein rechtes Lager 68b hier wälzgelagert.
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Hinsichtlich des Aufbaus des Hochübersetzungsgetriebes 12 und der Anbindung der Antriebswelle 14 an das Hochübersetzungsgetriebe 12 wird auf die vorstehende Figurenbeschreibung in Verbindung mit den 1 und 2 verwiesen. In 3 ist auch eines der Verbindungselemente 36 erkennbar, welches die Abtriebsscheiben 28a, 28b miteinander verbindet, da die Schnittebene durch dieses Verbindungselement 36 hindurchführt.
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Zusammenfassend kann die in 3 gezeigte Variante als sequentielle Anordnung von Elektromotor 16, Hochübersetzungsgetriebe 12, Handpfad 80 und Abtrieb mit Pitmanarm 50 in axialer Richtung der Abtriebswelle 44 bezeichnet werden. Wie erkennbar ist, nutzt die Antriebswelle 14 des Elektromotors 16 einen Hohlbereich des Hochübersetzungsgetriebes 12. Auch das linke Lager 68a der Antriebswelle 14 des Elektromotors 16 ragt in den Hohlbereich des Hochübersetzungsgetriebes 12 hinein.
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4 zeigt eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Lenkung 10, welche eine Vielzahl identischer oder zumindest funktionsgleicher Elemente wie die erste Variante aufweist. Für diese Elemente werden im Folgenden die gleichen Bezugszeichen wie in 3 verwendet. Bei der in 4 gezeigten zweiten Variante ist der Handpfad funktional identisch aufgebaut wie bei der in 3 gezeigten ersten Variante. Die Abtriebswelle 44 ist allerdings bei dieser Ausführungsform als Hohlwelle 70 ausgebildet und mittig zwischen dem Hochübersetzungsgetriebe 12 und dem als Lenkhilfs-Antriebsvorrichtung dienenden Elektromotor 16 angeordnet. Die Antriebswelle 14 des Elektromotors 16 ist durch die Hohlwelle 70 hindurchgeführt. Im Übrigen ist die Antriebswelle 14 abtriebsseitig auf gleiche Art und Weise funktional mit dem Hochübersetzungsgetriebe 12 verbunden wie bei der in Verbindung mit 3 beschriebenen ersten Variante. Durch eine drehfeste Verbindung der rechts angeordneten zweiten Abtriebsscheibe 28b mit der Hohlwelle 70 und die drehfeste Verbindung der ersten Abtriebsscheibe 28a wird das Hochübersetzungsgetriebe 12 dazu genutzt, die als Hohlwelle 70 ausgebildete Abtriebswelle 44 in axialer Richtung zu verlängern. Die erste Abtriebsscheibe 28a wird als Abtriebsglied der axial verlängerten Abtriebswelle 44 verwendet und ist unmittelbar mit einem Pitmanarm 50 verschraubt. Vier Verbindungsschrauben 72 sind in 4 erkennbar.
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Wie in 4 erkennbar ist, erfolgt die Lagerung der in axialer Richtung betrachtet im Vergleich zur ersten Variante deutlich verkürzten Abtriebswelle 44 ausschließlich über die erste Abtriebsscheibe 28a und die zweite Abtriebsscheibe 28b gegenüber dem Lenkungsgehäuse 54, d.h. als fliegende Lagerung. Mit gestrichelten Linien sind die entsprechenden Lagerbereiche 74 in 4 gekennzeichnet.
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Bei der zweiten Variante können – im Vergleich zur ersten Variante – einige Bauteile entfallen, insbesondere im rechten, vom Pitmanarm 50 weiter beabstandeten Bereich ein separates Lager für die Abtriebswelle 44. Stattdessen wird vorteilhaft der äußere Umfangsbereich des Hochübersetzungsgetriebes 12 als Lager für die Abtriebswelle 44 genutzt.
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Im Bereich der linken Lagerung 74 ist zur Aufnahme von in axialer Richtung wirkenden Kräften ein nicht dargestelltes Lager, insbesondere in Form eines Wälzlagers, zwischen der Abtriebsscheibe 28a und dem Lenkungsgehäuse 54 angeordnet.
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Die Antriebswelle 14 des Elektromotors 16 durchragt vollständig den Bereich, in welchem der Handpfad 80 an die Abtriebswelle 44 angebunden ist.
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Sowohl bei der ersten Variante gemäß 3 als auch bei der zweiten Variante gemäß 4 kann das Abtriebsmoment, insbesondere zum Antreiben eines Pitmanarmes 50, sowohl an der linken Abtriebsscheibe 28a als auch an der rechten Abtriebsscheibe 28b abgegriffen werden. Dadurch sind beide Anordnungen sehr variabel nutzbar, insbesondere für Linkslenker und für Rechtslenker.
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5 zeigt eine alternative Ausbildung eines Pitmanarmes 50, welcher – wie bei der in Verbindung mit 4 beschriebenen zweiten Variante – unmittelbar mit der ersten Abtriebsscheibe 28a drehfest verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform weist der Pitmanarm 50 eine Kröpfung 76 auf, mittels welcher eine Öffnung 78 für einen angedeuteten Spurstangenkopf in axialer Richtung in Richtung des Hochübersetzungsgetriebes 12 verschoben wird. Die Anbindung eines nicht dargestellten Spurstangenkopfes ist damit in axialer Richtung betrachtet ungefähr auf der Höhe des linken Lagerbereiches 74, so dass ein axialer Versatz und ein durch einen axialen Versatzhebel verursachtes Moment auf diese Lagerbereiche 74 eliminiert bzw. stark reduziert wird. Im Übrigen ist die Lenkung 10 gemäß 5 – trotz der teilweise unterschiedlichen Darstellung – funktional identisch mit der Lenkung 10 gemäß 4.
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Bei den Varianten gemäß den 4 und 5 ist der Pitmanarm 50 mittels einer großflächigen Flanschverschraubung drehfest mit der Abtriebsscheibe 28a verbunden, was in 5 nicht im Detail dargestellt ist.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden. Diesbezüglich wird insbesondere darauf verwiesen, dass eine Antriebswelle 14 eines Elektromotors auch in anderen Winkeln als koaxial zu der Abtriebswelle 14 angeordnet sein kann. Ferner wird darauf verwiesen, dass die Anordnung und Anbindung des Pitmanarmes 50 sowie anderer Elemente beliebig variiert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lenkung
- 12
- Hochübersetzungsgetriebe
- 14
- Antriebswelle
- 16
- Elektromotor
- 18
- Stirnradgetriebe
- 20
- Zykloidgetriebe
- 22
- Antriebsritzel
- 24
- Abtriebsritzel
- 26
- Exzenterwelle
- 28a
- erste Abtriebsscheibe (links)
- 28b
- zweite Abtriebsscheibe (rechts)
- 30a, 30b
- Wellenabschnitt (exzentrisch ausgebildet)
- 32a, 32b
- Kurvenscheibe
- 34
- Rolle
- 36
- Verbindungselement
- 38
- Gehäuse
- 40
- Flanschabschnitt
- 42
- Öffnung (im Flanschabschnitt)
- 44
- Abtriebswelle
- 46
- Steckverzahnung
- 48
- freies Ende
- 50
- Pitmanarm
- 52
- erstes Wälzlager
- 54
- Lenkungsgehäuse
- 56
- Lenkwelle
- 58
- Kugelgewindemutter
- 60
- Zahnstangenabschnitt
- 62
- Zahnsegmentabschnitt
- 64
- Torsionsstab
- 66
- Lenkwellenachse
- 68a, 68b
- Lager
- 70
- Hohlwelle
- 72
- Verbindungsschrauben
- 74
- Lagerbereich
- 76
- Kröpfung
- 78
- Öffnung
- 80
- Handpfad
- 82
- Spurstangenkopf
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007005148 A1 [0005]
- DE 102010053581 A1 [0006]
- DE 10039574 A1 [0007]
