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Die Erfindung betrifft ein Übertragungsgetriebe für eine Lenkeinrichtung und eine solche Lenkeinrichtung, die in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommt.
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Stand der Technik
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Eine Lenkeinrichtung bzw. Lenkung ist eine in Fahrzeugen eingesetzte Einrichtung, die zur Beeinflussung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs dient. Üblicherweise wird bei dieser ein von einem Fahrer über ein Lenkrad aufgebrachtes Handmoment so übertragen, dass Räder des Fahrzeugs entsprechend dem Fahrerwunsch angelenkt werden und auf diese Weise das Fahrzeug gesteuert wird.
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In Lenkungen werden Lenkgetriebe, die auch als Übertragungsgetriebe bezeichnet werden, eingesetzt. Diese werden insbesondere im Übertragungsbereich der rotatorischen auf eine translatorische Bewegung eingesetzt. So können Übertragungs- bzw. Lenkgetriebe dazu verwendet werden, das von einer Lenkhandhabe, bspw. einem Lenkrad, aufgebrachte Handmoment und das von einem Servomotor aufgebrachte Hilfsmoment auf eine Zahnstange einer Zahnstangenlenkung zu übertragen.
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Die Druckschrift
EP 1 006 040 B1 beschreibt eine solche Lenkeinrichtung, die zum Drehen lenkbarer Räder eines Kraftfahrzeugs dient. Diese Lenkeinrichtung umfasst ein manuell drehbares Eingabeglied, ein Ausgangsglied, eine Torsionsstange, die das Eingabeglied und das Ausgabeglied verbindet, einen Elektromotor und erste und zweite ineinandergreifende Zahnräder zum Übertragen einer Antriebskraft des Elektromotors auf das Ausgangsglied. Die ersten und zweiten Zahnräder, die das Übertragungsgetriebe darstellen, sind dabei ein Spiroid bzw. Schneckenrad-Satz.
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Bekannte Übertragungsgetriebe in Lenkungen verwenden Schneckenrad- bzw. Schraubradgetriebe als Übertragungsgetriebe für die Lenkkraftunterstützung. Diese Anwendungen benötigen jedoch beim Einsatz im Lenkgetriebe viele Ausgleichselemente zur Anfederung, um die Funktion des Lenkgetriebes hinsichtlich Akustik, Haptik und Lebensdauer zu erfüllen. Hierbei ist zu beachten, dass diese Ausgleichselemente weitere Störeffekte verursachen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Übertragungsgetriebe nach Anspruch 1 und eine Lenkeinrichtung mit einem solchen Übertragungsgetriebe gemäß Anspruch 12 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
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Das beschriebene Übertragungsgetriebe weist ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad auf, die ineinandergreifen und zum Übertragen eines Moments zusammenwirken, Das zu übertragende Moment kann dabei ein von einem Fahrer an einer Lenkhandhabe aufgebrachtes Handmoment und/oder ein von einem Servo- bzw. Hilfsmotor bereitgestelltes Hilfsmoment sein. Dieses Moment wird über das erste Zahnrad, das als Schnecke ausgebildet sein kann, eingeleitet und auf das zweite Zahnrad, das als Kegelrad ausgebildet sein kann, übertragen. Von diesem wiederum wird das Moment auf ein Antriebsritzel für eine Zahnstange übertragen. Die Längsachse bzw. Drehachse des zweiten Zahnrads bzw. Kegelrads und damit des Antriebsritzels definiert dabei eine axiale Richtung. Das zweite Zahnrad bzw. Kegelrad ist in axialer Richtung verschiebbar gelagert, wobei zusätzlich mindestens ein Element zum Aufbringen einer Anpresskraft auf das zweite Zahnrad bzw. Kegelrad vorgesehen ist, die in axialer Richtung hin zu dem ersten Zahnrad wirkt. Zudem sind das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad achsversetzt zueinander angeordnet.
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Achsversetzt bedeutet, dass die Achse des ersten Zahnrads, typischerweise die Drehachse des ersten Zahnrads, nicht in Flucht zu einer Achse des zweiten Zahnrads liegt. Dies wird nachstehend in Verbindung mit 4 näher erläutert.
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Bei einem Kegelrad verlaufen die Achsen nicht parallel zueinander, sondern schneiden sich. Die Grundform des Kegelrads ist ein Kegelstumpf, dessen Mantelfläche verzahnt ist. Die Zähne verlaufen regelmäßig gerade in Richtung der Mantellinien. Beim sogenannten Hypoid-Rad verlaufen diese hingegen bogenförmig. Das sogenannte Hypoidgetriebe stellt eine Abwandlung des Kegelradgetriebes dar. Bei diesem sind die Achsen von Antriebs- und Tellerrad versetzt, schneiden sich folglich nicht.
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Das beschriebene Übertragungsgetriebe stellt in Ausführung eine Art eines Kegelradgetriebes dar. Kegelradgetriebe, die auch als Winkelgetriebe bezeichnet werden, dienen zum Übertragen von Drehbewegungen und Drehmomenten. Solche Kegelradgetriebe umfassen grundsätzlich An- und Abtriebswellen, deren Achsen üblicherweise einen gemeinsamen Schnittpunkt besitzen. Die Kraftübertragung erfolgt bei diesen durch Kegelräder. Liegt jedoch ein Achsversatz vor, so wird dies als Hypoid-Getriebe bezeichnet. Bei Hypoid-Kegelradgetrieben begünstigen die damit verbundene Wälz- und Gleitbewegung höhere Übersetzungsverhältnisse und damit bessere Wirkungsgrade.
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In Kegelradgetrieben kommen bspw. geradverzahnte Kegelräder, schrägverzahnte Kegelräder oder bogenverzahnte Kegelräder zum Einsatz. Bogenverzahnte Kegelräder sind bspw. Spiralkegelräder und Hypoidkegelräder.
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Das beschriebene Übertragungsgetriebe zeichnet sich dadurch aus, dass anstelle einer Schneckenrad-Schnecke-Verzahnung ein Hypoid-Rad mit einer Schnecke kombiniert werden kann. Dies hat zur Folge, dass eine seitliche, also eine axiale anstatt einer radialen Eingriffssituation der kämmenden Räder erreicht werden kann. Außerdem kann eine Achsversatz-Verschiebung ohne Korrektur der Verzahnung vorgenommen und somit Einbauraum eingespart werden.
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Hypoid-Kegelräder sind eine Form der Spiralkegelräder. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass die Ritzel- und Tellerradachsen nicht in einem Punkt zusammenlaufen. Dies bedeutet, dass die Ritzelachse gegenüber der Radachse in der Höhe versetzt ist. Dieser Versatz wird als Achsversetzung bezeichnet.
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Durch die Achsversetzung hat das Ritzel einen größeren Spiralwinkel als das Tellerrad. Der sich aus dem größeren Spiralwinkel ergebende größere Stirnmodul bewirkt eine Vergrößerung des Teilkreisdurchmessers des Hypoid-Ritzels. Daraus ergibt sich eine höhere Belastbarkeit eines Hypoid-Getriebes gegenüber einem Spiralkegelradsatz. Daher verringern sich die Flächenpressungen auf den Zähnen. Durch die Vergrößerung des Spiralwinkels des Ritzels wird der Überdeckungsgrad der Verzahnung erhöht. Somit können bei gleichen Abmessungen höhere Übersetzungen als bei Kegelrad- oder Schraubradverzahnungen verwirklicht werden.
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In einer Ausführung ist somit eine Schneckenrad-Schnecke-Verzahnung mit einem Hypoid-Rad als Kegelrad in Kombination mit einem Anfederungselement als Element zum Aufbringen einer Anpresskraft vorgesehen, welches das Hypoid-Rad axial an die Schnecke andrückt und auf diese Weise eine Anfederung verwirklicht. Durch diese Anfederung wird der Verzahnungseingriff auch bei Verschleiß einer Nachführung sichergestellt. Durch die reine axiale Bewegung wirkt das Anfederungselement auch direkt auf die Bewegung und somit auf den Verzahnungseingriff. Somit kann auch auf einfache Weise eine Dämpfung in den Aufbau integriert werden.
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Die vorgestellte Lenkeinrichtung weist mindestens ein vorstehend beschriebenes Übertragungsgetriebe auf und kommt insbesondere in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz. Dabei kann ein Übertragungsgetriebe zum Übertragen eines Handmoments, das an einer Lenkhandhabe aufgebracht wird, und/oder ein Übertragungsgetriebe zum Übertragen eines Servo- bzw. Hilfsmoments, das von einem Servomotor bereitgestellt wird, vorgesehen sein.
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Das vorgestellte Übertragungsgetriebe weist, zumindest in einigen der Ausführungen, eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere ist kein Einsatz von zusätzlichen Ausgleichselementen erforderlich. So ermöglichen die hierin vorgestellten Anfederungskonzepte eine einfachere Bauart im Vergleich zu bekannten Ausgleichselementen. Weiterhin liegen weniger emittierte Störgrößen vor. Die veränderte Bauart ermöglicht zudem einen größeren Einsatzbereich. Zu beachten ist weiterhin, dass statt eines Schwenkens eine reine axiale Bewegung durchgeführt wird.
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Zu berücksichtigen ist, dass durch das vorgestellte Konzept der Anfederung die Verzahnungen besser ineinander gehalten werden. Es ist somit keine zusätzliche Kompensation des Anfederungselements erforderlich. Weiterhin erfolgt durch die axiale Anfederung eine lineare Bewegung anstatt einer Schwenkbewegung, was wiederum genauere Toleranzführungen zur Folge hat.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Lenkeinrichtung nach dem Stand der Technik.
- 2 zeigt ein Detail aus 1.
- 3 zeigt eine Ausführung des vorgestellten Übertragungsgetriebes.
- 4 zeigt noch eine Ausführung des beschriebenen Übertragungsgetriebes.
- 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Übertragungsgetriebes.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine bekannte Lenkeinrichtung, die insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt eine Zahnstange 12, einen Lenkschaft 14, der zu einer Lenkhandhabe (nicht dargestellt) führt, einen Servomotor 16 und ein Übertragungsgetriebe 18. Dieses Übertragungsgetriebe 18 überträgt das vom Servomotor 16 bereitgestellte Hilfsmoment auf die Zahnstange 12. Das Übertragungsgetriebe 18 überträgt dabei eine Drehbewegung, die wiederum in eine translatorische Bewegung der Zahnstange 12 übersetzt wird.
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Das in 1 dargestellte Übertragungsgetriebe 18 ist in 2 vergrößert wiedergegeben. Die Darstellung zeigt eine Schnecke 30, über die das Moment des Servomotors eingeleitet wird. Die Schnecke 30 wirkt mit einem Kegelrad 32 zusammen, das wiederum typischerweise über ein Antriebsritzel die Zahnstange translatorisch bewegt.
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Die vorstehend beschriebene Funktionsweise ist auch bei dem Übertragungsgetriebe, wie dieses hierin vorgestellt wird, gegeben. Auf diese Funktionsweise wird bei dem vorgestellten Übertragungsgetriebe Bezug genommen.
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Das Übertragungsgetriebe 18 der 2 verfügt über zwei Ausgleichselemente 34, die als Anfederung dienen und an der Schnecke 30 und damit an dem Element, das die vom Servomotor aufgebrachte Kraft bzw. das aufgebrachte Moment in das Übertragungsgetriebe 18 einleitet, angreifen. Diese Anfederung hat jedoch die eingangs genannten Nachteile.
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3 zeigt eine Ausführung des vorgestellten Übertragungsgetriebes, das insgesamt mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet ist. Dieses Übertragungsgetriebe 50 kann grundsätzlich in einer Lenkeinrichtung 10, wie diese in 1 dargestellt ist, eingesetzt werden.
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Die Darstellung zeigt eine Schnecke 52, die mit einem Kegelrad 54 zusammenwirkt. Die Schnecke 52 ist somit eine Ausführung eines Zahnrads und stellt das Element bzw. die Komponente dar, über die ein Moment, bspw. von einem Servomotor oder einer Lenkhandhabe, aufgebracht, in das Übertragungsgetriebe 50 eingeleitet bzw. eingebracht wird. Das Kegelrad 54, das mit der Schnecke 52 zusammenwirkt, ist mit einem Antriebsritzel 56 verbunden, dessen Drehbewegung wiederum eine Zahnstange (nicht dargestellt) translatorisch antreibt. Diese Zahnstange bewirkt durch ihre translatorische Bewegung ein Schwenken der angelenkten Räder. Das Antriebsritzel 56 ist in einem Gehäuse 58 mittels zweier Lagerungen 60 gelagert. Diese Lagerungen 60 sind typischerweise als Kugellager ausgebildet.
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Die Darstellung zeigt weiterhin ein Element 62 zum Aufbringen einer Anpresskraft, das auf das Kegelrad 54 wirkt. Dieses ist in axialer Richtung beweglich gelagert, insbesondere ist das Kegelrad 54, das als Hypoid-Rad ausgebildet sein kann, auf einem verschiebbaren Sitz, der durch die beiden Lagerungen 60 gegeben sein kann, gelagert. Das Element 62 zum Aufbringen einer Anpresskraft umfasst eine erste Feder 64, der ein erstes Dämfungsglied 66 zugeordnet ist, und eine zweite Feder 68, der ein zweites Dämpfungsglied 70 zugeordnet ist. Grundsätzlich kann das Element 62 zum Aufbringen einer Anpresskraft ein Federelement aufweisen, dem ein Dämpfungsglied zugeordnet ist. Das Federelement wirkt dabei auf den Weg des Kegelrads 54, das Dämpfungsglied wirkt auf die Geschwindigkeit des Kegelrads 54. Von Bedeutung ist, dass das Element 62 zum Aufbringen einer Anpresskraft auf das Kegelrad 54 und nicht auf die Schnecke 52 wirkt.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Übertragungsgetriebes, welche insgesamt mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt ein erstes Zahnrad 102, das in diesem Fall als Schnecke ausgebildet ist, und ein zweites Zahnrad 104, das hier als Kegelrad ausgebildet ist. Dieses zweite Zahnrad 104 kann als Spiroid-, Hypoid-, Globoid-, Kegel-, oder Kronenrad ausgebildet sein. Die beiden Zahnräder 102, 104 wirken zusammen, so dass ein von dem ersten Zahnrad 102 eingeleitetes Moment auf das zweite Zahnrad 104 übertragen wird.
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Die Darstellung zeigt weiterhin eine Lagerung 106 für eine Abtriebswelle 108, die fest mit dem zweiten Zahnrad 104 verbunden ist und das auf dieses zweite Zahnrad 104 übertragene Moment ableitet. Des Weiteren sind eine Verzahnung 110 des zweiten Zahnrads 104, Federn 112, Dämpfungsglieder 114 und eine Zahnstange 116 einer Lenkeinrichtung zu erkennen, wobei die Zahnstange 116 mit einem Übertragungsglied 118 der Abtriebswelle 108 zusammenwirkt.
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Die Verzahnung
110 kann bogenförmig, schräg oder gerade verzahnt sein. Eine bogenförmige Verzahnung ist bspw. bei einem Hypoid-Rad vorgesehen. Ein Hypoid-Rad als zweites Zahnrad
104 ermöglicht auch den Einsatz einer achsparallelen Schnecke als erstes Zahnrad
102. Bei den Federn
112, die als Anfederung dienen, ist zu beachten, dass gilt:
wobei F die Kraft, c die Federkonstante und s der Federweg ist, der hier auch mit einem Doppelpfeil
120 verdeutlicht ist.
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Die Dämpfungsglieder 114 liegen und wirken hier parallel zu den Federn 112. Federn 112 und Dämpfungsglieder 114 können als getrennte Bauteile aber auch als ein kombiniertes Bauteil ausgebildet sein. So kann bspw. eine Schicht aus einem elastomeren Werkstoff verwendet werden, die sowohl federnde als auch dämpfende Eigenschaften aufweist. Die Feder wirkt dabei auf den Weg, das Dämpfungsglied auf die Geschwindigkeit.
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Weiterhin ist eine Drehachse 130 des ersten Zahnrads 102 und eine Drehachse 132 des zweiten Zahnrads 104 eingezeichnet. Senkrecht auf der Drehachse 132 des zweiten Zahnrads 104 steht eine Längsachse 134 des zweiten Zahnrads 104. Zu erkennen ist, dass die Drehachse 130 des ersten Zahnrads diese Längsachse 134 nicht schneidet also nicht in der Flucht dieser liegt, sondern zu dieser versetzt verläuft, wie mit einem Doppelpfeil 136 verdeutlicht ist. Die beiden Zahnräder 102 und 104 sind somit achsversetzt zueinander angeordnet. Bezugsziffer 140 bezeichnet eine Verschiebemöglichkeit, bspw. einen Schiebesitz.
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5 zeigt noch eine weitere Ausführungsform des Übertragungsgetriebes, welche insgesamt mit der Bezugsziffer 200 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt ein erstes Zahnrad 202, das in diesem Fall als Schnecke ausgebildet ist, und ein zweites Zahnrad 204, das hier bspw. als Kronenrad, Spiroidrad oder Hypoid-Rad als ausgebildet ist. Die beiden Zahnräder 202, 204 wirken zusammen, so dass ein von dem ersten Zahnrad 202 eingeleitetes Moment auf das zweite Zahnrad 204 übertragen wird.
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Die Darstellung zeigt weiterhin eine Lagerung 206 für eine Abtriebswelle 208, die fest mit dem zweiten Zahnrad 204 verbunden ist und das auf dieses zweite Zahnrad 204 übertragene Moment ableitet. Des Weiteren sind eine Verzahnung 210 des zweiten Zahnrads 204, Federn 212, Dämpfungsglieder 214 und eine Zahnstange 216 einer Lenkeinrichtung zu erkennen, wobei die Zahnstange 216 mit einem Übertragungsglied 218 der Abtriebswelle 208 zusammenwirkt.
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Auch in dieser Darstellung ist die achsversetzende Positionierung der beiden Zahnräder 202 und 204 zu erkennen. Für die Komponenten trifft im Wesentlichen das zu, was bereits in Verbindung mit 4 erläutert wurde. Bezugsziffer 240 bezeichnet eine Verschiebemöglichkeit, bspw. einen Schiebesitz.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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