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TECHNISCHER BEREICH
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Diese Erfindung betrifft eine Servolenkeinheit für Fahrzeuge.
Genauer gesagt betrifft die Erfindung eine elektrische Servolenkeinheit für Fahrzeuge, insbesondere für Schwerfahrzeuge wie beispielsweise Traktoren oder Erdbewegungsmaschinen.
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VORBESTEHENDE TECHNIK
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Es sind Servolenkeinheiten bekannt, die eine Lenksäule mit einem Sockel umfassen, die an einem Teil des Fahrgestells befestigt wird, so dass sie vertikal aus einer Oberseite des Teils hervorragt. Diese Lenksäule umfasst in der Regel einen oberen Abschnitt, in dem drehbar eine mit einem Lenkrad verbundene Achse eingefügt ist. Der obere Abschnitt ist in Bezug auf wenigstens einen Freiheitsgrad beweglich mit dem Sockel verbunden, damit die Lenkradposition in Bezug auf den Sockel reguliert werden kann. Häufig ist der obere Abschnitt beispielsweise in Bezug auf den Sockel in Bezug auf mindestens einen Freiheitsgrad beweglich, beispielsweise drehbar zur Regulierung bzw. Neigung des Lenkrads in Bezug auf den Sockel.
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In einigen Servolenkeinheiten befindet sich eine hydrostatische Lenkeinheit, auf welche die Lenksäule die Bewegung des Lenkrads überträgt und die es ermöglicht, die lenkbaren Räder des Fahrzeugs über einen Hydraulikantrieb zu lenken.
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Solange das hydrostatische Lenksystem eigenständig arbeitet, d. h. mit funktionierender Pumpe, ist das vom Lenkrad geforderte Drehmoment sehr niedrig, da die zur Lenkung erforderliche Energie von dem unter Druck stehenden Öl geliefert wird.
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Falls das unter Druck stehende Öl fehlt, beispielsweise aufgrund einer Störung der Pumpe oder aus einem beliebigen anderen Grund, fungiert die Dosiervorrichtung der Führungseinheit als manuelle Pumpe, die es ermöglicht, das Fahrzeug dennoch zu lenken, was jedoch natürlich die Anwendung eines höheren Drehmoments am Lenkrad erfordert.
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Um das Drehmoment zu steuern, das unter solchen und/oder anderen Bedingungen am Lenkrad angewendet werden muss, ist es bekannte Technik, dass zusammen mit dem hydrostatischen Lenksystem (mit Hydrolenkung versehen) auch ein elektrisch unterstützter Lenkapparat eingesetzt wird, der sich zwischen der Lenksäule und dem hydraulischen Verteiler der hydrostatischen Lenkeinheit befindet. Insbesondere wird dieser elektrisch unterstützte Lenkapparat am Fahrzeuggestell dem Sockel der Lenksäule gegenüber bzw. auf einer Unterseite des Teils des Fahrgestells, welches der Oberseite gegenüberliegt, befestigt.
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Dabei besteht der Bedarf, die Gesamtheit aus Lenksäule mit dem hydraulischen Verteiler und elektrisch unterstütztem Lenkapparat und den elektrisch unterstützten Lenkapparat so kompakt wie möglich zu gestalten, vor allem in Längsrichtung bzw. in Längsrichtung der Lenksäule, und so dem Installateur ein bereits vormontiertes und fertiges Produkt zur Installation im Fahrzeug zu liefern.
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Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, diesem Bedarf des bekannten Stands der Technik im Rahmen einer einfachen, zweckmäßigen und kostengünstigen Lösung zu begegnen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der in dem unabhängigen Patentanspruch aufgeführten Erfindung erreicht. In den abhängigen Patentansprüchen werden bevorzugte und/oder besonders vorteilhafte Aspekte der Erfindung beschrieben.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung stellt insbesondere eine Servolenkeinheit bereit, die Folgendes umfasst: eine Lenksäule, die über einen Sockel verfügt, und einen elektrisch unterstützten Lenkapparat, der über ein Gehäuse verfügt, in dem ein Elektromotor untergebracht ist, wobei das Gehäuse bezüglich des Sockels in Bezug auf einen Freiheitsgrad beweglich ist.
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Dank dieser Lösung zeigt sich die Servolenkeinheit als besonders kompakt im Vergleich zu den Vorrichtungen des Stands der Technik. Insbesondere erweist sich die Längenausdehnung der Servolenkeinheit hinter dem Sockel der Lenksäule als wesentlich kürzer in Bezug auf das Lenkrad bzw. ist die Ausdehnung der Servolenkeinheit auf der Seite des Fahrgestells, die der Seite gegenüberliegt, auf der sich die Lenksäule befindet, kürzer.
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Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Lenksäule eine untere Achse umfassen kann, die drehbar mit dem Sockel und wenigstens teilweise in ihm enthalten ist, wobei der Elektromotor so ausgelegt ist, dass er diese untere Achse in Drehung versetzen kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem Freiheitsgrad um einen Rotationsfreiheitsgrad in Bezug auf eine Schwenkachse handelt.
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Auf diese Weise sind die Lenksäule und damit das mit ihr verbundene Lenkrad in seiner Neigung in Bezug auf den Sockel regulierbar.
So kann beispielsweise die Schwenkachse senkrecht zu einer Drehachse der unteren Achse liegen.
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Vorzugsweise ist das Gehäuse direkt am Sockel gelenkig in Bezug auf die Schwenkachse angebracht.
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Auf diese Weise ist die Servolenkeinheit besonders kompakt und bequem herzustellen. Außerdem kann dadurch die Anzahl der Komponenten, die für das Schwenken des Lenkrads in Bezug auf den Sockel erforderlich sind, auf ein Minimum reduziert werden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann die Lenksäule einen oberen Abschnitt umfassen, der mit dem Gehäuse verbunden ist, und eine obere Achse, die drehbar im oberen Abschnitt eingefügt und so ausgelegt ist, dass sie mit einem Lenkorgan verbunden werden kann, und der elektrisch unterstützte Lenkapparat umfasst eine drehbar an das Gehäuse gekoppelte und direkt in Drehung mit der oberen Achse verbundene Eingangswelle.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der elektrisch unterstützte Lenkapparat eine drehbar an das Gehäuse gekoppelte und über eine Kardankupplung direkt in Drehung mit der unteren Achse verbundene Ausgangswelle umfassen.
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Auf diese Weise kann die Bewegung unabhängig vom Neigungswinkel zwischen den beiden Wellen übertragen werden.
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Beispielsweise kann die Servolenkeinheit ein Reglerorgan umfassen, das dafür ausgelegt ist, die Position des Gehäuses in Bezug auf den Sockel zu variieren, wobei das Reglerorgan einen ersten, mit dem Sockel verbundenen Teil und einen zweiten, mit dem Gehäuse verbundenen und in Bezug auf den ersten Teil beweglichen Teil umfasst.
Dieser Aspekt trägt dazu bei, die Servolenkeinheit noch kompakter zu gestalten.
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Vorzugsweise kann das Reglerorgan eine Gasfeder umfassen. Weiterhin kann die Servolenkeinheit eine hydrostatische Lenkeinheit mit einem Verteiler umfassen, der eine über eine Kupplung direkt mit der unteren Achse verbundene Eingangswelle aufweist.
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Auch dieser Aspekt trägt weiter dazu bei, die Servolenkeinheit noch kompakter zu gestalten.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird die untere Achse radial in Bezug auf die eigene Drehachse ausschließlich von der Kardankupplung getragen.
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Da auf diese Weise keine Lager erforderlich sind, um die untere Achse in Drehung radial zu tragen, ist die untere Achse in ihren radialen Bewegungen weniger eingeschränkt bzw. genießt ein gewisses, durch die Kupplungen ermöglichtes radiales Spiel, und folglich reduzieren sich die tangentialen Schübe, welche die untere Achse aufgrund der unausweichlichen Versätze zwischen den drehenden Elementen auf der Eingangswelle des Verteilers der hydrostatischen Lenkgruppe erzeugt, die auftreten, wenn die Servolenkeinheit auf dem Fahrzeug installiert ist, und deren Versätze Störungen beim Lenken des Fahrzeugs verursachen können, wie beispielsweise Hakigkeit des Verteilers und damit der Lenkung oder spontane Lenkbewegungen.
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Der vorherige Vorteil wird durch einen anderen Aspekt der Erfindung noch weiter verbessert. Dabei kann die Kardankupplung eine Eingangswelle aufweisen, die in Drehung mit der Ausgangswelle verbunden ist, und zwar über eine weitere Kupplung, die so ausgelegt ist, dass relative Neigungen bzw. Versätze zwischen der Achse der Ausgangswelle und der Achse der Eingangswelle möglich sind.
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Figurenliste
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Weitere erfindungsgemäße Eigenschaften und Vorteile lassen sich der nachstehenden Beschreibung entnehmen, die ausschließlich als Beispiel dient und keinerlei einschränkende Wirkung besitzt, wobei auf die beiliegenden Figuren Bezug zu nehmen ist.
- 1 zeigt eine axonometrische Ansicht einer Servolenkeinheit gemäß der Erfindung.
- 2 zeigt eine Seitenansicht von 1.
- 3 zeigt einen Querschnitt längs der Schnittebene III-III von 2, der eine Ausführungsform der Servolenkeinheit darstellt.
- 4 zeigt eine um 90° gedrehte Seitenansicht von 2.
- 5 zeigt einen Querschnitt längs der Schnittebene V-V von 4, der dieselbe Ausführungsform wie in 3 darstellt.
- 6 zeigt einen Querschnitt längs der Schnittebene V-V von 4, der eine alternative Ausführungsform zu der in 5 darstellt.
- 7 ist ein Blockdiagramm eines Fahrzeugs, in dem die Servolenkeinheit installiert ist.
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DIE BESTE ART ZUR UMSETZUNG DER ERFINDUNG
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Unter besonderem Bezug auf die Figuren wurde global mit 1 eine elektrische Servolenkeinheit für Fahrzeuge bezeichnet, beispielsweise für Schwerfahrzeuge wie landwirtschaftliche Fahrzeuge, insbesondere für Schwerfahrzeuge, die sich mit geringer Geschwindigkeit (typischerweise unter 60 km/h) bewegen, wie beispielsweise landwirtschaftliche Traktoren oder Erdbewegungsmaschinen.
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Die Servolenkeinheit 1 umfasst eine hydrostatische Lenkeinheit, die es ermöglicht, über einen hydraulischen Antrieb 31, beispielsweise einen Hydraulikzylinder, wenigstens ein lenkbares Rad 2 des Fahrzeugs zu lenken.
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Die Servolenkeinheit 1 kann wenigstens auf der Grundlage eines über das Lenkrad 3 des Fahrzeugs zu gebenden Befehls betätigt werden.
Die hydrostatische Lenkeinheit umfasst einen Tank 32 für ein Arbeitsfluidum, eine Pumpe 33, die das besagte Arbeitsfluidum unter Druck setzt, und einen hydraulischen Verteiler 34, der mit der Pumpe 33 verbunden und so ausgelegt ist, dass er das Arbeitsfluidum unter Druck zum Antrieb leitet, so dass das Fahrzeug gelenkt wird.
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Bei dem hydraulischen Verteiler 34 handelt es sich um einen Drehverteiler, der beispielsweise, unter besonderem Bezug auf 5, einen ersten zylindrischen Körper 341 umfasst, der einen axialen internen Hohlraum in zylindrischer Form aufweist und mit Öffnungen versehen ist, die ihn mit dem hydraulischen Antrieb 31 in Verbindung setzen können, und einen zweiten zylindrischen Körper 342, der koaxial in dem axialen Hohlraum des ersten zylindrischen Körpers 341 eingesetzt und drehbar mit ihm verbunden ist.
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Der zweite zylindrische Körper 342 wird radial in Bezug auf den ersten zylindrischen Körper 341 über hydraulische Abstützung (hydrodynamisch und hydrostatisch) getragen, die zwischen dem axialen internen Hohlraum und einer auf den axialen internen Hohlraum zeigenden Wand eines zweiten zylindrischen Körpers 342 hergestellt wird.
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Der zweite zylindrische Körper 342 ist mit der Speisepumpe 33 verbunden.
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Der hydraulische Verteiler umfasst eine Eingangswelle 343, welche die Betätigung des hydraulischen Verteilers ermöglicht und beispielsweise über ein axiales Ende verfügt, das fest mit dem zweiten Körper 342 verbunden ist.
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Die Eingangswelle 343 wird drehbar und mit Spiel in einer zylinderförmigen Öffnung 344 aufgenommen, die im ersten Körper 341 ausgestaltet ist und beispielsweise das Innere des ersten zylindrischen Körpers 341 mit der Außenumgebung in Verbindung setzt.
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Es wird darauf hingewiesen, dass in dieser Beschreibung mit „fest verbunden“ gemeint ist, dass die Verbindung keinen Freiheitsgrad in Bezug auf das Element, mit dem die Verbindung besteht, aufweist.
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Der hydraulische Verteiler 34 kann an einem Punkt des Fahrgestells des Fahrzeugs beispielsweise mit abnehmbaren Verbindungselementen befestigt werden. Insbesondere kann der hydraulische Verteiler 34 an einer ersten Seite eines vorgerüsteten Befestigungsteils des Fahrgestells des Fahrzeugs befestigt werden.
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Die Servolenkeinheit 1 umfasst eine Lenksäule 10, die mit dem Lenkrad 3 des Fahrzeugs verbunden werden kann. Insbesondere befindet sich die Lenksäule 10 zwischen dem Lenkrad 3 und dem hydraulischen Verteiler 34.
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Die Lenksäule 10 verfügt über einen Sockel 20, der an einem festen Punkt des Fahrzeugs befestigt werden kann, beispielsweise kann er an einer zweiten Seite des Befestigungsteils des Fahrgestells gegenüber der ersten Seite befestigt werden, so dass der Sockel 20 aus der zweiten Seite hervorragt.
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Der Sockel 20 weist ein unteres Ende auf, das beispielsweise plan ist und vorzugsweise von einem Befestigungsflansch ausgestaltet ist. Dieser Befestigungsflansch weist eine Bohrung auf und befindet sich wenigstens teilweise in Kontakt mit der Oberseite des vorgerüsteten Befestigungsteils des Fahrgestells, wenn die Lenksäule 10 auf dem Fahrzeug installiert ist.
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Der Sockel 20 umfasst einen Hohlraum 21 über die gesamte Länge, der beispielsweise rohrförmig ist mit im Wesentlichen vertikaler Achse.
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Unter besonderer Bezugnahme auf die 5 umfasst der Sockel 20 ein Paar zylindrische Aufnahmen 22, die beispielsweise quer (beispielsweise orthogonal) zur Achse des Hohlraums 21 liegen, bzw. beispielsweise mit im Wesentlichen horizontaler Achse. Diese zylindrischen Aufnahmen 22 sind in einem oberen Teil des Sockels 20 ausgestaltet. Beispielsweise sind die zylindrischen Aufnahmen 22 von einem Teil eines Mantels des Sockels 20 zum anderen durchgängig.
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Die Lenksäule 10 umfasst eine untere Achse 71, die koaxial im Inneren des internen Hohlraums des Sockels 20 eingesetzt ist und zu der koaxial zu ihr liegenden Drehachse drehbar ist.
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Die untere Achse 71 ist mit reichlich radialem Spiel längs ihrer gesamten axialen Ausdehnung in den Sockel eingesetzt. Insbesondere befindet sich zwischen der unteren Achse 71 und einer zur unteren Achse 71 zeigenden Oberfläche des internen Hohlraums des Sockels 20 ein ringförmiger Spalt, der ohne Unterbrechung der Kontinuität längs der gesamten axialen Ausdehnung der unteren Achse verläuft.
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Praktisch ist die untere Achse 71 nicht drehbar mit dem Sockel 20 über Lager (oder ein beliebiges anderes radiales Halteelement in Drehung) verbunden.
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Die untere Achse 71 weist eine Verlängerung in Richtung der Drehachse auf, die im Wesentlichen der Ausdehnung des Sockels 20 in dieselbe Richtung entspricht. Insbesondere entspricht die Ausdehnung der unteren Achse 71 zwischen 0,8 und 1 Mal der Ausdehnung des Sockels 20.
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Die untere Achse 71 ist drehfest mit der Eingangswelle des hydraulischen Verteilers 34 verbunden, beispielsweise ist sie über eine Kupplung 77 drehfest mit der Eingangswelle 343 verbunden, vorzugsweise ist die untere Achse 71 drehfest direkt mit der Eingangswelle 343 verbunden.
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In der Ausführungsform in den 3 und 5 besteht die Kupplung 77 aus einer Halbkupplung, die als Nutenprofil an dem zur unteren Achse 71 zeigenden Ende der Eingangswelle 343 ausgestaltet ist, und einer Halbkupplung, die als komplementäres Rillenprofil an dem zur Eingangswelle 343 zeigenden Ende der unteren Achse 71 ausgestaltet ist, so dass diese Rillenprofile eine prismatische Verbindung herstellen.
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Das Ende der unteren Achse, das der Eingangswelle 343 nahe liegt, steht wenigstens teilweise aus dem Sockel 20 heraus.
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Die Servolenkeinheit 1 umfasst einen elektrisch unterstützten Lenkapparat 90, der über ein beispielsweise kastenförmiges Gehäuse 91 verfügt, das mit dem Sockel 20 verbunden ist.
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In der in den Figuren gezeigten Ausführungsform umfasst das Gehäuse 91 einen rohrförmigen Teil 911 und einen ersten, vom Sockel 20 entfernt liegenden Kopfteil 912 und einen zweiten, dem Sockel 20 nahe liegenden Kopfteil 913, die den rohrförmigen Teil 911 an seinen entgegengesetzten Enden verschließen können.
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Der elektrisch unterstützte Lenkapparat 90 umfasst einen Elektromotor 93, der im Gehäuse 91 untergebracht ist, beispielsweise innerhalb des rohrförmigen Teils 911, und über einen fest mit dem Gehäuse 91 bzw. mit dem rohrförmigen Teil 911 verbundenen Stator 931 und einen intern koaxial zum Stator 931 liegenden Rotor 932 verfügt.
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Der elektrisch unterstützte Lenkapparat 90 umfasst eine Eingangswelle 94, die drehbar im Gehäuse 91 eingefügt ist, beispielsweise durch eine axiale Öffnung im ersten Kopfteil 912 verläuft und in Drehung mit dem Lenkrad 3 des Fahrzeugs verbunden werden kann.
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In einer nicht abgebildeten Ausführungsform kann die Eingangswelle 94 direkt, beispielsweise steif, in Drehung mit dem Lenkrad 3 des Fahrzeugs verbunden sein.
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Der elektrisch unterstützte Lenkapparat 90 umfasst eine Ausgangswelle 95, die drehbar im Gehäuse 91 eingefügt ist, beispielsweise durch eine axiale Öffnung im zweiten Kopfteil 913 verläuft und drehfest mit dem Rotor 932 des Motors 93 verbunden ist.
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Es wird darauf hingewiesen, dass mit „drehfest“ gemeint ist, dass die Verbindung dergestalt ist, dass die Winkelgeschwindigkeit der verbundenen Elemente im Wesentlichen gleich ist, beispielsweise ohne weitere Einschränkungen für andere Freiheitsgrade. Oder auch, dass ein Element in Drehung ein anderes Element mitzieht.
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Die Ausgangswelle 95 ist drehbar im Gehäuse 91 und unabhängig zu der Eingangswelle 94 eingefügt, beispielsweise ist sie drehbar im Gehäuse 91 eingefügt und mit ihm durch das Einfügen von Lagern, vorzugsweise Wälzlagern, verbunden.
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Außerdem ist die Ausgangswelle 95 in Drehung mit der unteren Achse 71 verbunden, beispielsweise durch das Einfügen einer Kardankupplung 76.
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Die untere Achse 71 wird radial (in Drehung bezüglich ihrer Drehachse) nur von der Kardankupplung 76 gehalten.
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Insbesondere wird die untere Achse 71 radial (in Drehung bezüglich ihrer Drehachse) nur von der Ausgangswelle 95 gehalten bzw. von den Traglagern, über welche die Ausgangswelle 95 drehbar mit dem Gehäuse 91 verbunden ist.
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Praktisch ist die untere Achse 71 so an den unteren Abschnitt, an die Kardankupplung 76 und an die Kupplung 77 gekoppelt, dass sie schwimmend ist.
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Die Kardankupplung 76 weist eine Eingangswelle 761 auf, die in Drehung mit der Ausgangswelle 95 des elektrisch unterstützten Lenkapparats 90 über eine weitere Kupplung 78 verbunden ist, die so ausgelegt ist, dass sie Versätze zwischen der Achse der Ausgangswelle 95 und der Achse der Eingangswelle 761 erlaubt.
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In der in 3 und 5 gezeigten Ausführungsform umfasst die Kupplung 78 einen in der Eingangswelle 761 hergestellten Hohlraum und verfügt über wenigstens eine interne radiale Nut, die eine radiale externe Erhebung aufnehmen kann, die an einem Ende der Ausgangswelle 95 ausgestaltet ist und in den Hohlraum der Eingangswelle 761 eingefügt werden kann, wobei die radiale externe Erhebung einen Teil umfasst, der auf einer Schnittebene, welche die Drehachse der Ausgangswelle 95 enthält, ein geneigtes Profil, beispielsweise gekrümmt, in Bezug auf diese Achse aufweist.
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Praktisch ist das Ende der mit der Eingangswelle 761 der Kardankupplung 76 verbundenen Ausgangswelle tonnenförmig ausgestaltet, und an diesem Ende sind eine Vielzahl radialer Nuten vorhanden, die eine Vielzahl von radialen externen Erhebungen bilden, die sich in entsprechende radiale Nuten im Hohlraum der Eingangswelle 761 so einfügen können, dass eine drehfeste Verbindung entsteht bzw. eine Verbindung, welche die Ausgangswelle 95 in der Drehung fest mit der Eingangswelle 761 verbindet.
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Die radialen externen Erhebungen weisen Seitenflächen auf, die mit den entsprechenden radialen internen Seitenflächen in Berührung kommen und auf einer Schnittebene, die durch die Drehachse der Ausgangswelle 95 verläuft, ein in Bezug auf die Drehachse geneigtes Profil aufweisen, beispielsweise ein gekrümmtes Profil, das eine einzige, zur Drehachse zeigende Muldung aufweist.
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In der in 6 gezeigten Ausführungsform besteht die Kupplung 78 aus einer Halbkupplung, die als Nutenprofil an dem zur Ausgangswelle 95 zeigenden Ende der Eingangswelle 761 ausgestaltet ist, und einer Halbkupplung, die als komplementäres Nutenprofil an dem zur Eingangswelle 761 ausgerichteten Ende der Ausgangswelle 95 ausgestaltet ist, so dass die Nutenprofile eine prismatische Verbindung bilden.
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Die Kardankupplung 76 weist auch eine Ausgangswelle 762 auf, die drehfest mit der unteren Achse 71 verbunden ist, die so ausgestaltet ist, dass eine prismatische Verbindung mit einem auf die Kardankupplung 76 zeigenden Ende der unteren Achse 71 hergestellt wird.
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Der elektrisch unterstützte Lenkapparat 90 umfasst ein DrehmomentMessgerät, das so ausgelegt ist, dass es die Winkelverschiebung zwischen der Eingangswelle 94 und der Ausgangswelle 95 misst.
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Das DrehmomentMessgerät verfügt über einen Winkelsensor 96, der so ausgelegt ist, dass er den Wert der Winkelverschiebung zwischen der Eingangswelle 94 und der Ausgangswelle 95 misst, und einen Torsionsstab 98, der an einem Ende drehfest mit der Eingangswelle 94 und am gegenüberliegenden Ende drehfest mit der Ausgangswelle 95 verbunden ist.
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Insbesondere der Torsionsstab 98 wird zum Teil von einem axialen Hohlraum in der Eingangswelle 94 und zum Teil von einem axialen Hohlraum in der Ausgangswelle 95 aufgenommen.
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Der Torsionsstab 98 ist so gestaltet, dass er eine messbare Winkelverschiebung zwischen der Eingangswelle 94 und der Ausgangswelle 95 ermöglicht, und unter bestimmten Drehmomentbedingungen der Ausgangswelle 95 widersteht.
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Der elektrisch unterstützte Lenkapparat 90 umfasst einen Resolver 97, der für die Steuerung der Versorgung des Elektromotors ausgelegt ist. Der elektrisch unterstützte Lenkapparat ist in Bezug auf den Sockel 20 gemäß einem Freiheitsgrad, beispielsweise einem einzigen Freiheitsgrad, beweglich bzw. ist das Gehäuse 91 in Bezug auf den Sockel 20 gemäß einem Freiheitsgrad, beispielsweise einem einzigen Freiheitsgrad, beweglich.
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Insbesondere ist das Gehäuse 91 in Bezug auf einen einzigen Freiheitsgrad direkt mit dem Sockel 20 verbunden.
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Es wird nicht ausgeschlossen, dass bei einer alternativen, nicht in den Figuren dargestellten Ausführungsform das Gehäuse 91 in Bezug auf zwei Freiheitsgrade mit dem Sockel 20 verbunden sein kann, beispielsweise in Bezug auf einen Rotationsfreiheitsgrad und einen Translationsfreiheitsgrad.
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Das Gehäuse 91 ist beispielsweise in Bezug auf einen einzigen Rotationsfreiheitsgrad in Bezug auf eine Schwenkachse X, die beispielsweise orthogonal zur Achse des zylindrischen Hohlraums 21 liegt und mit der Achse der zylindrischen Aufnahme 22 übereinstimmt, direkt mit dem Sockel 20 verbunden.
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Bei der abgebildeten Ausführungsform ist das Gehäuse 91 beispielsweise direkt in Bezug auf die Schwenkachse X gelenkig am Sockel 20 befestigt, beispielsweise an einem Teil des Sockels 20, der entfernt vom Befestigungsflansch des Sockels liegt.
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Unter besonderem Bezug auf 5 ist das Gehäuse 91 über ein Paar Zapfen 92 gelenkig mit dem Sockel 20 verbunden, wobei jeder Zapfen in einer entsprechenden zylindrischen Aufnahme 22 des Sockels 20 und in einer geeigneten Aufnahme 99 im Gehäuse 91 eingefügt ist und fluchtend auf eine entsprechende zylindrische Aufnahme 22 ausgerichtet ist.
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Bei der abgebildeten Ausführungsform sind diese Aufnahmen 99 für die Zapfen 92 auf dem Gehäuse 91 in einem Teil des Gehäuses 91 ausgeführt, bzw. in einem Teil des zweiten Kopfteils 913, wobei dieser Teil rohrförmig ausgestaltet ist und einen axialen Hohlraum bildet, in dessen Innerem wenigstens teilweise die Kardankupplung 76 enthalten ist.
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Das Gehäuse 91 kann in Bezug auf den Sockel 20 alternativ zwischen einer fluchtenden Konfiguration, bei der die Achse des Hohlraums 21 des Sockels 20 mit einer Drehachse der Eingangswelle 94 übereinstimmt, und einer nicht fluchtenden Konfiguration, bei der die Achse des Hohlraums 21 des Sockels 20 mit der Drehachse der Eingangswelle 94 übereinstimmt, geschwenkt werden, beispielsweise in einem spitzen Winkel, beispielsweise zwischen -20° und +40° (als positiv werden hier die zum Fahrer geneigten Winkel bezeichnet) in Bezug auf die fluchtende Konfiguration, vorzugsweise d zwischen 0° und 30° oder zwischen -15° und +30° oder je nach Bedarf konfigurierbar.
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Die einzigen elektronischen Komponenten im Inneren des Gehäuses 91 sind der Motor 93, der Drehmomentsensor, der Resolver und eine Vielzahl von elektrischen Anschlüssen zur Kommunikation mit diesen Komponenten und zu deren Versorgung.
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Die Servolenkeinheit 1 umfasst eine elektronische Steuereinheit, die mit dem Drehmomentsensor und dem Resolver verbunden und so ausgelegt ist, dass der Motor 93 anhand der von diesen Sensoren empfangenen Signale betätigt wird.
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Die elektronische Steuereinheit kann auch operativ mit einem Sensor verbunden sein, der für die Überwachung eines Parameters, der den tatsächlichen Einschlagwinkel der Lenkung wenigstens eines lenkbaren Rads 2 des Fahrzeugs angibt, und ebenfalls anhand dieses Parameters, der den tatsächlichen Einschlagwinkel der Lenkung angibt, für die Steuerung zur Betätigung des Motors 93 ausgelegt ist.
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Die Lenksäule 10 umfasst einen oberen Abschnitt 50, der mit dem Gehäuse 91 des elektrisch unterstützten Lenkapparats 90 über ein dem Sockel 20 gegenüberliegendes Ende bzw. mit dem ersten Kopfteil 912 verbunden ist.
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Bei anderen, nicht abgebildeten Ausführungsformen kann der obere Abschnitt 50 mit dem Gehäuse 91 in Bezug auf einen Freiheitsgrad verbunden sein, der beispielsweise ein Rotationsfreiheitsgrad oder ein Translationsfreiheitsgrad sein kann.
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Der obere Abschnitt 50 umfasst beispielsweise einen fest mit dem Gehäuse 91 verbundenen zylindrischen Körper, der beispielsweise axial hohl ist. Der obere Abschnitt 50 der Lenksäule 10 ist insbesondere fest mit dem ersten Kopfteil 912 des Gehäuses 91 verbunden.
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Die Lenksäule 10 umfasst außerdem eine obere Achse 74, die koaxial im Inneren des internen Hohlraums des oberen Abschnitts 50 eingeführt ist (axial blockiert) und in Bezug auf die koaxial zu ihr liegende Drehachse drehbar ist.
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Die obere Achse 74 weist ein unteres Ende auf, das beispielsweise über eine Kupplung drehfest mit der Eingangswelle 94 des elektrisch unterstützten Lenkapparats 90 verbunden ist. Die obere Achse 74 weist auch ein oberes Ende auf, das zur Betätigung der Lenkeinheit in Drehung, beispielsweise direkt und steif, mit dem Lenkrad des Fahrzeugs verbunden ist.
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Bei der Kupplung, über welche die obere Achse 74 in Drehung mit der Eingangswelle 94 verbunden ist, handelt es sich in der in den Figuren dargestellten Ausführungsform um eine steife Kupplung, beispielsweise in Form einer Muffe.
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Die Lenksäule 10 umfasst ein Reglerorgan für die gegenseitige Drehung zwischen dem Gehäuse 91 bzw. der Gesamtheit, die aus dem Gehäuse 91 mit dem oberen Abschnitt 50 besteht, und dem Sockel 20 in Bezug auf die Schwenkachse X.
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Unter besonderem Bezug auf 3 umfasst dieses Reglerorgan eine Gasfeder 40, die ausgelegt ist, um einen elastischen Schub zwischen dem Gehäuse 91 und dem Sockel 20 auszuüben, der sich beispielsweise zu deren fluchtende Konfiguration richtet.
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Die Gasfeder 40 umfasst einen Zylinder 41, der gelenkig am Sockel 20 befestigt ist, und einen Schaft 42, der verschiebbar im Zylinder 41 eingefügt und gelenkig am Gehäuse 91, beispielsweise gelenkig am zweiten Kopfteil 913, befestigt ist.
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Insbesondere ist der Sockel fest mit einem Flansch verbunden, und der Zylinder 41 ist gelenkig auf einer Höhe mit diesem Flansch verbunden, die im Wesentlichen der Höhe des Flanschs des Sockels entspricht.
Die Gasfeder 40 weist damit eine Ausdehnung in Richtung auf die untere Achse 71 auf, die im Wesentlichen gleich der Ausdehnung des Sockels 20 in derselben Richtung ist.
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Der Schaft 42 trägt einen Kolben (nicht abgebildet), der im Inneren des Zylinders 41 aufgrund der pneumatischen Betätigung des Schafts 42 durch die Wirkung eines Fluidums, beispielsweise eines (komprimierbaren) Gases, von einer zurückgezogenen Konfiguration in eine aus dem Zylinder 41 herausgezogene Konfiguration gebracht wird.
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Die Gasfeder 40 umfasst ein Steuerelement 43, das sich beispielsweise auf Höhe des Schafts 42 befindet, vorzugsweise auf Höhe seines Endes, das vom Zylinder 41 entfernt liegt, der wählbar zwischen einer Sperrposition, in welcher der Lauf des Schafts 42 in einer bestimmten axialen Position (zwischen einschließlich der zurückgezogenen Konfiguration und der herausgezogenen Konfiguration) in Bezug auf den Zylinder 41 blockiert wird, und einer Freigabeposition, in welcher der Lauf des Schafts 42 in Bezug auf den Zylinder 41 frei ist.
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Das Steuerelement 43 kann beispielsweise einen Hebel umfassen, beispielsweise mit Sperrvorrichtung, der drehbar am Schaft 42 befestigt ist und in der Drehung eines vorbestimmten Winkels für den Übergang von der Sperrposition zur Freigabeposition bedienbar sein kann. Das Steuerelement 43 kann über einen Bowdenzug betätigt werden.
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Nun wird eine andere Ausführungsform der Servolenkeinheit 1 beschrieben, die sich von den obigen Angaben nur durch die Ausgestaltung der Kupplung 77 und der Kupplung 78 unterscheidet.
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In der in 6 gezeigten Ausführungsform umfasst die Kupplung 77 einen in der Eingangswelle 343 ausgestalteten Hohlraum und verfügt über wenigstens eine interne radiale Nut, die eine radiale externe Erhebung aufnehmen kann, die an einem Ende der unteren Achse 71 ausgestaltet ist und in den Hohlraum der Eingangswelle 343 eingefügt werden kann, wobei die radiale externe Erhebung einen Teil umfasst, der auf einer Schnittebene, welche die Drehachse der unteren Achse 71 enthält, ein geneigtes Profil, beispielsweise gekrümmt, in Bezug auf diese Achse aufweist.
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Praktisch ist das Ende der mit der Eingangswelle 343 der Kupplung 77 verbundenen unteren Achse 71 tonnenförmig ausgestaltet, und an diesem Ende sind eine Vielzahl radialer Nuten vorhanden, die eine Vielzahl von radialen externen Erhebungen bilden, die sich in entsprechende radiale Nuten im Hohlraum der Eingangswelle 343 so einfügen können, dass eine drehfeste Verbindung entsteht bzw. eine Verbindung, welche die untere Achse 71 drehfest mit der Eingangswelle 343 verbindet.
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Die radialen externen Erhebungen weisen Seitenflächen auf, die mit den entsprechenden radialen internen Seitenflächen in Berührung kommen und auf einer Schnittebene, die durch die Drehachse der Ausgangswelle 95 verläuft, ein zu der Drehachse geneigtes Profil aufweisen, beispielsweise ein gekrümmtes Profil, das eine einzige, zur Drehachse zeigende Muldung aufweist.
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In der in 6 gezeigten Ausführungsform besteht weiterhin die Kupplung 78 aus einer Halbkupplung, die als Nutenprofil an dem zur Ausgangswelle 95 zeigenden Ende der Eingangswelle 761 ausgestaltet ist, und einer Halbkupplung, die als komplementäres Nutenprofil an dem zur Eingangswelle 761 zeigenden Ende der Ausgangswelle 95 ausgestaltet ist, so dass die Nutenprofile eine prismatische Verbindung bilden.
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Folglich wird die untere Achse 71 radial nur von der Ausgangswelle 95 bzw. von den Traglagern gehalten, mit denen die Ausgangswelle 95 drehbar mit dem Gehäuse 91 verbunden ist, und sie kann sich nur in Bezug auf eine einzige Achse, die von der durch die Kupplung 78 geschaffenen prismatischen Verbindung definiert wird, drehen, und die untere Achse kann sich dank der Kupplung 77 in Bezug auf eine bezüglich der Drehachse der Eingangswelle 343 geneigte Drehachse drehen.
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Bei einer weiteren, nicht abgebildeten Ausführungsform sind sowohl das mit der Eingangswelle 343 verbundene Ende der unteren Achse 71 als auch das mit der Eingangswelle 761 der Kardankupplung 76 verbundene Ende der Ausgangswelle 95 tonnenförmig ausgebildet, und an diesem Ende befinden sich eine Vielzahl von radialen Nuten, die eine Vielzahl von radialen externen Erhebungen bilden, die sich in entsprechende radiale Nuten im Hohlraum der Eingangswelle 343 und im Hohlraum der Eingangswelle 761 so einfügen können, dass eine drehfeste Verbindung entsteht bzw. eine Verbindung, welche jeweils die untere Achse 71 mit der Eingangswelle 343 und die Ausgangswelle 95 mit der Eingangswelle 761 drehfest verbindet.
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Die so konzipierte Erfindung kann zahlreichen Änderungen und Varianten unterliegen, die alle unter das Erfindungskonzept fallen.
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Weiterhin können alle Details durch technisch gleichwertige Elemente ersetzt werden.
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Praktisch können alle eingesetzten Werkstoffe sowie die zugehörigen Abmessungen und Formen je nach Bedarf beliebig sein, ohne dass sie dadurch den Schutzbereich der folgenden Patentansprüche verlassen.
