DE102019204069A1

DE102019204069A1 - Actuator unit for a motor vehicle steering system

Info

Publication number: DE102019204069A1
Application number: DE102019204069.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Georg Figura; Alexander Ein Waldt; Martin Kopiniok
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2020-10-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aktoreinheit (1) für eine Kraftfahrzeuglenkung, mit einem Elektromotor (5), einer wenigstens indirekt durch den Elektromotor (5) antreibbaren Antriebswelle (2), sowie einer Abtriebswelle (4), die über ein untersetzendes Getriebe (6) durch die die Antriebswelle (2) antreibbar ist. Um einen verbesserten Aktor für ein Lenksystem zur Verfügung zu stellen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Getriebe (6) ein entlang einer Getriebeachse (A) ausgerichtetes Planetengetriebe (10) aufweist, mit einem Sonnenrad (11), einem hierzu koaxial drehbaren Steg (16), der eine Mehrzahl von Planetenrädern trägt (13, 14, 15), sowie einem hierzu koaxialen Hohlrad (17).The invention relates to an actuator unit (1) for a motor vehicle steering system, with an electric motor (5), a drive shaft (2) that can be driven at least indirectly by the electric motor (5), and an output shaft (4) which is driven by a reduction gear (6) which the drive shaft (2) can be driven. In order to provide an improved actuator for a steering system, the invention provides that the gear (6) has a planetary gear (10) aligned along a gear axis (A), with a sun gear (11) and a web (16) that can be rotated coaxially with this ), which carries a plurality of planetary gears (13, 14, 15) and a ring gear (17) coaxial therewith.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aktoreinheit für eine Kraftfahrzeuglenkung.The invention relates to an actuator unit for a motor vehicle steering system.

Bei modernen Kraftfahrzeugen ist bereits seit längerem üblicherweise eine Servolenkung vorgesehen, bei der die Lenkbewegungen des Fahrers fahrzeugseitig unterstützt werden oder ggf. sogar fahrzeugseitig ein gewisses Lenkmoment erzeugt werden kann, das den Fahrer auf eine empfohlene Lenkbewegung hinweist. Vielfach kommen motorbetriebene Servolenkungen zum Einsatz, bei denen ein elektrischer Servomotor mit einer Antriebswelle auf eine Schneckenwelle wirkt, die ihrerseits mit einem Schneckenrad zusammenwirkt. Das Schneckenrad sitzt auf der Ritzelwelle auf, die über ein Lenkgetriebe auf Spurstangen einwirkt.In modern motor vehicles, power steering has been provided for a long time, in which the driver's steering movements are supported on the vehicle side or, if necessary, a certain steering torque can even be generated on the vehicle side, which indicates to the driver a recommended steering movement. In many cases, motor-driven power steering systems are used in which an electric servomotor with a drive shaft acts on a worm shaft which in turn interacts with a worm wheel. The worm wheel sits on the pinion shaft, which acts on tie rods via a steering gear.

Darüber hinaus kommen in jüngerer Zeit auch Steer-by-Wire-Systeme zum Einsatz, bei denen keinerlei mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und dem eigentlichen Lenkgetriebe gegeben ist. Bei einem derartigen System wird über Sensoren der Lenkwinkel einer mit dem Lenkrad verbundenen Lenkradwelle abgefragt. In Abhängigkeit hiervon werden ein oder mehrere Rad-Aktoren angesteuert, die z.B. auf eine Ritzelwelle wirken, die mit dem Ritzel auf eine Zahnstange eines Lenkgetriebes wirkt. In jedem Fall besteht keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und dem eigentlichen Lenkgetriebe. Um dem Fahrer ein Lenkgefühl zu vermitteln, das demjenigen bei einer Servolenkung ähnelt, ist an der Lenkradwelle normalerweise ein Feedback-Aktor vorgesehen, der ein Drehmoment erzeugt, welches gewissermaßen den mechanischen Widerstand der Lenkung simuliert. Selbstverständlich kann der Aktor auch für andere Zwecke genutzt werden, z.B. um das Lenkrad in eine Standardstellung zu bewegen, wenn das Fahrzeug abgestellt wird oder um im Lenkrad eine Vibration als Warnhinweis für den Fahrer zu erzeugen.In addition, steer-by-wire systems have recently been used in which there is no mechanical connection between the steering wheel and the actual steering gear. In such a system, the steering angle of a steering wheel shaft connected to the steering wheel is queried via sensors. Depending on this, one or more wheel actuators are activated, e.g. act on a pinion shaft that acts with the pinion on a rack of a steering gear. In any case, there is no mechanical connection between the steering wheel and the actual steering gear. In order to give the driver a steering feeling that is similar to that of a power steering, a feedback actuator is normally provided on the steering wheel shaft, which generates a torque which, to a certain extent, simulates the mechanical resistance of the steering. Of course, the actuator can also be used for other purposes, e.g. to move the steering wheel into a standard position when the vehicle is parked or to generate a vibration in the steering wheel as a warning for the driver.

Namentlich bei Feedback-Aktoren ist das situationsbedingte Erzeugen eines Drehmomentes die Hauptaufgabe, welches zum einen ein gewünschtes Lenkgefühl erzeugt und zum anderen ein sehr hohes Drehmoment zur Simulation von Sperrsituationen seitens des Rad-Aktors bereitstellt, wie z.B. beim Lenkwinkel-Endanschlag oder bei Kontakt mit einem Bordstein. Oftmals soll dies in einem geringen verfügbaren Bauraum realisiert werden. Derzeit wird das von einem Elektromotor erzeugte Drehmoment entweder direkt auf die Lenkradwelle übertragen oder mittels eines Treibriemens, wobei eine Untersetzung normalerweise von der Motorgröße und dem Bauraum abhängig ist (und bspw. im Bereich von 3 bis 4 liegen kann). Mit ersterer Methode lassen sich am Feedback-Aktor Sperrsituationsmomente im Bereich unterhalb von 10 Nm erreichen, mit letzterer Methode typischerweise maximal ca. 20 Nm. Wünschenswert wären hingegen Sperrsituationsmomente im Bereich von ca. 40-50 Nm, was sich derzeit nur mittels Schneckengetrieben (bei einer Untersetzung von bspw. 15-22) erreichen lässt. Diese bringen aber andere Probleme mit sich, namentlich hinsichtlich der hohen Reibung bzw. hohen Reibungsvarianz, hoher Trägheiten sowie des notwendigen Bauraums für das Schneckengetriebe selbst sowie für den hiermit verbundenen Elektromotor.Particularly with feedback actuators, the situation-dependent generation of torque is the main task, which on the one hand generates a desired steering feel and on the other hand provides a very high torque for simulating locking situations on the part of the wheel actuator, e.g. at the steering angle end stop or in contact with a curb. Often this should be implemented in a small space available. Currently, the torque generated by an electric motor is either transmitted directly to the steering wheel shaft or by means of a drive belt, with a reduction usually depending on the motor size and the installation space (and can be in the range of 3 to 4, for example). With the first method, locking situation torques in the range below 10 Nm can be achieved on the feedback actuator, with the latter method typically a maximum of approx. 20 Nm. On the other hand, locking situation torques in the range of approx. 40-50 Nm would be desirable, which can currently only be achieved by means of worm gears (with a reduction of, for example, 15-22). However, these bring other problems with them, namely with regard to the high friction or high friction variance, high inertia and the necessary installation space for the worm gear itself and for the electric motor connected to it.

Die DE 10 2015 213 303 A1 offenbart einen Feedback-Aktor für eine Lenkeinrichtung, umfassend eine Lenkradwelle, die um ihre Längsachse drehbar in einer Manteleinheit gelagert ist, die an einem Fahrzeug anbringbar ist. Der Feedback-Aktor umfasst eine Aktoreinheit mit einem Elektromotor, der einen mit der Manteleinheit verbundenen Stator und eine drehend antreibbare Rotorwelle aufweist, die drehmomentschlüssig mit der Lenkradwelle verbunden ist, wobei der Elektromotor innerhalb der Manteleinheit angeordnet ist. Die Rotorwelle ist mit einer Eingangswelle eines Getriebes verbunden, das eine mit der Lenkradwelle verbundene Ausgangswelle aufweist und welches innerhalb der Manteleinheit angeordnet ist.The DE 10 2015 213 303 A1 discloses a feedback actuator for a steering device, comprising a steering wheel shaft which is mounted rotatably about its longitudinal axis in a jacket unit which can be attached to a vehicle. The feedback actuator comprises an actuator unit with an electric motor, which has a stator connected to the casing unit and a rotatably drivable rotor shaft which is connected to the steering wheel shaft in a torque-locking manner, the electric motor being arranged within the casing unit. The rotor shaft is connected to an input shaft of a transmission which has an output shaft connected to the steering wheel shaft and which is arranged within the casing unit.

Die US 9 683 639 B2 zeigt einen Force-Feedback-Aktor für eine Steer-by-Wire-Steuerung. Dieser weist eine Lenksäule auf, einen Motor sowie ein Getriebe mit Reibungsantrieb. Der Motor weist eine zylindrische Motorwelle auf, die koaxial um die Lenksäule herum angeordnet ist. Durch das Getriebe erfolgt eine Untersetzung von der Motorwelle zur Lenksäule. Das Getriebe kann als Planetengetriebe ausgebildet sein, wobei ein Sonnenrad an die Motorwelle gekoppelt ist, während ein Steg, welcher mehrere Planetenräder trägt, an die Lenksäule gekoppelt ist. Das Hohlrad ist gegenüber einem Gehäuse fixiert.The US 9 683 639 B2 shows a force feedback actuator for a steer-by-wire control. This has a steering column, a motor and a transmission with friction drive. The motor has a cylindrical motor shaft which is arranged coaxially around the steering column. The gear unit provides a reduction from the motor shaft to the steering column. The gear can be designed as a planetary gear, with a sun gear being coupled to the motor shaft, while a web, which carries several planet gears, is coupled to the steering column. The ring gear is fixed in relation to a housing.

Die JP 2012-035738 A zeigt einen weiteren Force-Feedback-Aktor für eine Steer-by-Wire-System. Dieser weist einen Motor auf, einen Untersetzungsmechanismus, der eine vom Motor erzeugte Bewegung auf eine Lenksäule überträgt, sowie einen Drehmomentdämpfer, der Schwankungen des übertragenen Drehmoments verringern soll. Der Motor, der Untersetzungsmechanismus sowie der Drehmomentdämpfer sind koaxial mit der Lenksäule angeordnet. Zur Untersetzung ist ein mehrstufiges Planetengetriebe vorgesehen, bei dem das Sonnenrad jeweils angetrieben ist und seinerseits die Planetenräder antreibt, während das Hohlrad feststehend ausgebildet ist.The JP 2012-035738 A shows another force feedback actuator for a steer-by-wire system. This has a motor, a reduction mechanism that transmits a movement generated by the motor to a steering column, and a torque damper, which is intended to reduce fluctuations in the transmitted torque. The motor, the reduction mechanism and the torque damper are arranged coaxially with the steering column. A multi-stage planetary gear is provided for the reduction, in which the sun gear is driven and in turn drives the planetary gears, while the ring gear is fixed.

Die US 8 007 330 B2 zeigt eine Steuervorrichtung für ein Wasserfahrzeug. Die Steuervorrichtung ist am Heck des Wasserfahrzeugs befestigt und weist ein Schwenkgehäuse mit einer Steuerachse auf. Ein Elektromotor ist in dem Schwenkgehäuse angeordnet und dazu ausgebildet, eine Antriebseinheit um die Steuerachse zu schwenken. Dabei wird die Antriebsbewegung des Elektromotors durch ein mehrstufiges Planetengetriebe untersetzt. In jeder Stufe ist das Sonnenrad angetrieben und treibt seinerseits die Planetenräder und deren Steg an, der wiederum an das Sonnenrad der nächsten Stufe gekoppelt ist.The US 8 007 330 B2 shows a control device for a watercraft. The control device is attached to the stern of the watercraft and has a swivel housing with a control axis. An electric motor is in the swivel housing arranged and designed to pivot a drive unit about the control axis. The drive movement of the electric motor is reduced by a multi-stage planetary gear. The sun gear is driven in each stage and in turn drives the planet gears and their web, which in turn is coupled to the sun gear of the next stage.

Die US 6 799 654 B2 zeigt ein Handradstellglied zum Bereitstellen einer Kraftrückkopplung an einen Benutzer. Dieses umfasst eine Lenkradwelle, die an dem Handrad befestigt ist, einen Positionssensor, der eine Winkelverschiebung der Lenkradwelle von einem gewählten Ursprung detektiert, einen Elektromotor, ein Getriebe, das eine Ausgangswelle des Elektromotors mit der Lenkradwelle wirksam verbindet, und einen variablen Anschlag, der eine Drehung der Lenkradwelle an einer beliebigen Position stoppt. Gemäß einer Ausführungsform weist das Getriebe ein mit der Ausgangswelle verbundenes Planetenrad auf, das mit einem größeren Zahnrad kämmt.The US 6,799,654 B2 Figure 12 shows a handwheel actuator for providing force feedback to a user. This includes a steering wheel shaft that is attached to the handwheel, a position sensor that detects an angular displacement of the steering wheel shaft from a selected origin, an electric motor, a gearbox that connects an output shaft of the electric motor with the steering wheel shaft, and a variable stop that has a The steering wheel shaft stops rotating at any position. According to one embodiment, the transmission has a planetary gear connected to the output shaft, which meshes with a larger gear.

Die DE 199 14 383 A1 offenbart eine Lenkanlage bei welcher eine Fremdkrafteinrichtung eine Lenkbewegung der Fahrzeugräder erzeugt und über eine Steuereinheit mit einem Lenkradaktuator in Verbindung steht, bei welchem über Sensoren ein Lenkwinkel am Bedienelement ermittelt wird und über einen Antriebsmotor ein Drehmoment erzeugt wird, welches der Lenkkraft am Lenkradaktuator entgegenwirkt. Gemäß einer Ausführungsform ist eine Planetenstufe vorgesehen, wobei die Abtriebswelle des Antriebsmotors ein inneres Zentralrad antreibt, das Hohlrad drehfest mit dem Antriebsmotor verbunden ist und der Planetenträger den Abtrieb bildet und mit einem Drehmomenterfassungsgerät in Verbindung steht.The DE 199 14 383 A1 discloses a steering system in which an external power device generates a steering movement of the vehicle wheels and is connected to a steering wheel actuator via a control unit, in which a steering angle on the control element is determined via sensors and a torque is generated via a drive motor which counteracts the steering force on the steering wheel actuator. According to one embodiment, a planetary stage is provided, the output shaft of the drive motor driving an inner central wheel, the ring gear being connected to the drive motor in a rotationally fixed manner and the planet carrier forming the output and being connected to a torque detection device.

Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Bereitstellung einer kompakten und leistungsfähigen Aktoreinheit für eine Kraftfahrzeuglenkung noch Raum für Verbesserungen. Dies gilt insbesondere für Feedback-Aktoren bei Steer-by-Wi re-Systemen.In view of the prior art shown, the provision of a compact and powerful actuator unit for a motor vehicle steering still offers room for improvement. This applies in particular to feedback actuators in steer-by-Wi re systems.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Aktor für ein Lenksystem zur Verfügung zu stellen.The invention is based on the object of providing an improved actuator for a steering system.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Aktoreinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.According to the invention, the object is achieved by an actuator unit with the features of claim 1, the subclaims relating to advantageous embodiments of the invention.

Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.It should be pointed out that the features and measures listed individually in the following description can be combined with one another in any technically meaningful manner and show further embodiments of the invention. The description additionally characterizes and specifies the invention, particularly in connection with the figures.

Durch die Erfindung wird eine Aktoreinheit für eine Kraftfahrzeuglenkung zur Verfügung gestellt. Als Kraftfahrzeuge kommen insbesondere PKW und LKW infrage. Insbesondere kann es sich bei der Lenkung um eine Steer-by-wire-Lenkung handeln.The invention provides an actuator unit for a motor vehicle steering system. Cars and trucks in particular come into question as motor vehicles. In particular, the steering can be a steer-by-wire steering.

Die Aktoreinheit weist einen Elektromotor auf sowie eine wenigstens indirekt durch den Elektromotor antreibbare Antriebswelle. Der Elektromotor kann in beliebiger Weise ausgebildet sein, bspw. als Gleichstrommotor oder Wechselstrommotor. Normalerweise handelt es sich um einen Rotationsmotor mit Rotor und Stator, wenngleich eine Ausbildung als Linearmotor nicht ausgeschlossen ist. Die Antriebswelle ist wenigstens indirekt durch den Elektromotor antreibbar. Bevorzugt ist sie drehfest mit dem Rotor des Elektromotors verbunden, also direkt angetrieben. Ein indirekter Antrieb der Antriebswelle durch den Elektromotor ist im Rahmen der Erfindung möglich. Bei einem solchen indirekten Antrieb könnte bspw. eine Umlenkung der Antriebsrichtung durch ineinandergreifende Kegelräder oder eine Über- oder Untersetzung gegeben sein. Allgemein ist ein indirekter Antrieb allerdings nicht bevorzugt, da hierdurch Komplexität, Gewicht, Baugröße und/oder Kosten der Aktoreinheit nachteilig beeinflusst werden können.The actuator unit has an electric motor and a drive shaft that can be driven at least indirectly by the electric motor. The electric motor can be designed in any way, for example as a direct current motor or alternating current motor. It is usually a rotary motor with a rotor and stator, although a linear motor design is not excluded. The drive shaft can be driven at least indirectly by the electric motor. It is preferably connected in a rotationally fixed manner to the rotor of the electric motor, that is to say directly driven. An indirect drive of the drive shaft by the electric motor is possible within the scope of the invention. In the case of such an indirect drive, for example, the drive direction could be deflected by means of intermeshing bevel gears or a step-up or step-down step. In general, however, an indirect drive is not preferred, since this can adversely affect the complexity, weight, size and / or costs of the actuator unit.

Weiterhin weist die Aktoreinheit eine Abtriebswelle auf, die über ein untersetzendes Getriebe von der Antriebswelle antreibbar ist. Das Getriebe ist untersetzend ausgebildet, was bedeutet, dass im Betrieb die Drehzahl der Antriebswelle größer ist als die der Abtriebswelle. Dementsprechend ergibt sich an der Abtriebswelle ein größeres Drehmoment als an der Antriebswelle. Zur Erzeugung eines bestimmten Drehmoments an der Abtriebswelle ist also nur ein vergleichsweise geringes Drehmoment seitens des Elektromotors notwendig. Dieser kann daher vergleichsweise leistungsschwach und kompakt ausgebildet sein. Umgekehrt bedeutet die Untersetzung, dass das Getriebe selbsthemmend wirken kann. Es kann also zwar seitens der Antriebswelle eine Drehung der Abtriebswelle bewirkt werden, umgekehrt kann aber ausgehend von der Abtriebswelle nicht oder nur schwer eine Drehung der Antriebswelle bewirkt werden.Furthermore, the actuator unit has an output shaft which can be driven by the drive shaft via a reducing gear. The transmission is designed to be geared down, which means that the speed of the drive shaft is greater than that of the output shaft during operation. Accordingly, there is a greater torque on the output shaft than on the drive shaft. In order to generate a certain torque on the output shaft, only a comparatively low torque on the part of the electric motor is therefore necessary. This can therefore be made comparatively weak and compact. Conversely, the reduction means that the gear can be self-locking. A rotation of the output shaft can indeed be caused by the drive shaft, but conversely, starting from the output shaft, a rotation of the drive shaft cannot, or only with difficulty, be effected.

Erfindungsgemäß weist das Getriebe ein entlang einer Getriebeachse ausgerichtetes Planetengetriebe auf, mit einem Sonnenrad, einem hierzu koaxial drehbaren Steg, der eine Mehrzahl von Planetenrädern trägt, sowie einem hierzu koaxialen Hohlrad. Die genannten Elemente des Planetengetriebes sind entlang einer Getriebeachse bzw. axialen Richtung ausgerichtet, die der Drehachse des Stegs entspricht. Das Sonnenrad ist zentral angeordnet und wirkt mit den Planetenrädern zusammen, die um das Sonnenrad herum angeordnet sind. Die Planetenräder sind um einzelne Drehachsen drehbar an dem Steg gelagert, d.h. die Bewegung der Planetenräder ist eine zusammengesetzte Bewegung aus der Drehbewegung des Stegs sowie der Drehbewegung des einzelnen Planetenrades um dessen Drehachse. Der Steg kann auch als Planetenträger oder Träger bezeichnet werden. Das Hohlrad ist wiederum koaxial bezüglich der genannten Getriebeachse um die Planetenräder herum angeordnet und wirkt mit diesen zusammen. Insgesamt wirkt also das Sonnenrad über die Planetenräder mit dem Hohlrad zusammen. Die Anzahl der Planetenräder ist im Rahmen der Erfindung nicht festgelegt. Bevorzugt sind wenigstens drei Planetenräder vorgesehen. Es können insbesondere genau drei Planetenräder vorgesehen sein, aber auch vier oder mehr Planetenräder sind im Rahmen der Erfindung realisierbar. Das Planetengetriebe ist entlang der Getriebeachse ausgerichtet, die normalerweise eine Symmetrieachse des Sonnenrades sowie des Hohlrades bildet und darüber hinaus eine Drehachse des Sonnenrades, des Steges und/oder des Hohlrad es bilden kann.According to the invention, the gear has a planetary gear aligned along a gear axis, with a sun gear, a web which is rotatable coaxially therewith and carries a plurality of planet gears, and a ring gear coaxial therewith. The named elements of the planetary gear are aligned along a gear axis or axial direction which corresponds to the axis of rotation of the web. The sun gear is arranged centrally and interacts with the planet gears that surround the Sun gear are arranged around. The planet gears are rotatably mounted on the web about individual axes of rotation, ie the movement of the planet gears is a composite movement of the rotary movement of the web and the rotary movement of the individual planet gear about its axis of rotation. The web can also be referred to as a planet carrier or carrier. The ring gear is in turn arranged coaxially with respect to said gear axis around the planet gears and interacts with them. Overall, the sun gear interacts with the ring gear via the planet gears. The number of planet gears is not specified within the scope of the invention. At least three planet gears are preferably provided. In particular, exactly three planet gears can be provided, but four or more planet gears can also be implemented within the scope of the invention. The planetary gear is aligned along the gear axis, which normally forms an axis of symmetry of the sun gear and the ring gear and can also form an axis of rotation of the sun gear, the web and / or the ring gear.

Dabei sind verschiedene Möglichkeiten gegeben, an welches der genannten Elemente die Antriebswelle bzw. die Abtriebswelle gekoppelt sein können, von denen einige nachfolgend noch diskutiert werden. In jedem Fall wird eine Untersetzung erreicht mittels eines Getriebes, das eine platzsparende Bauweise ermöglicht. Insbesondere ist dabei von Vorteil, dass sämtliche Drehachsen übereinstimmen oder zumindest parallel zueinander verlaufen können. Von besonderem Vorteil ist dabei auch die Möglichkeit, bei platzsparende Bauweise eine hohe Übersetzung zu erreichen, die bspw. bei 30:1 liegen kann.There are various possibilities to which of the named elements the drive shaft or the output shaft can be coupled, some of which will be discussed below. In any case, a reduction is achieved by means of a gear, which enables a space-saving design. It is particularly advantageous that all axes of rotation coincide or can at least run parallel to one another. A particular advantage here is the possibility of achieving a high gear ratio with a space-saving design, which can be, for example, 30: 1.

Innerhalb der Kraftfahrzeuglenkung sind verschiedene Einsatzmöglichkeiten für die Aktoreinheit gegeben. Gemäß einer Ausführungsform ist diese als Feedback-Aktoreinheit ausgebildet, wobei die Abtriebswelle zur Verbindung mit einem Lenkrad ausgebildet ist. D.h. in zusammengebautem Zustand ist ein Lenkrad drehfest mit der Abtriebswelle verbunden. Man könnte auch sagen, die Abtriebswelle bildet hierbei eine mit dem Lenkrad verbundene Lenkradwelle. Der Begriff Feedback-Aktoreinheit bezieht sich darauf, dass diese dazu ausgebildet ist, ein für den Fahrer spürbares Drehmoment im Lenkrad zu erzeugen. Dies kann insbesondere bei einem Steer-by-Wire-System der Fall sein, wo keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad einem eigentlichen Lenkgetriebe bzw. Lenkgestänge gegeben ist. Bei derartigen Systemen ist es notwendig, dem Fahrer für ein intuitives Fahrgefühl über Drehmomente im Lenkrad gewissermaßen eine Rückmeldung über die Dynamik des Fahrzeugs bei Lenkbewegungen zu geben. Daneben kann selbstverständlich auch eine Vibration des Lenkrads als haptische Warnhinweis bspw. eines Fahrspurassistenten durch eine entsprechende Feedback-Aktoreinheit erzeugt werden. Wenngleich sich diese Ausführungsform insbesondere auf Steer-by-Wire-Systeme bezieht, kann sie auch im Zusammenhang mit bspw. einer Servolenkung zum Einsatz kommen, wo die Lenkbewegungen des Fahrers zwar durch einen Servomotor unterstützt werden, allerdings noch eine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Lenkgetriebe besteht. In diesem Fall ist die Abtriebswelle in zusammengebautem Zustand sowohl mit einem Lenkrad als auch mit einer Verbindungswelle zum Lenkgetriebe drehfest verbunden.There are various possible uses for the actuator unit within motor vehicle steering. According to one embodiment, this is designed as a feedback actuator unit, the output shaft being designed for connection to a steering wheel. I.e. In the assembled state, a steering wheel is non-rotatably connected to the output shaft. One could also say that the output shaft here forms a steering wheel shaft connected to the steering wheel. The term feedback actuator unit refers to the fact that it is designed to generate a torque in the steering wheel that the driver can feel. This can be the case in particular in a steer-by-wire system where there is no mechanical connection between the steering wheel and an actual steering gear or steering linkage. In systems of this type, it is necessary to give the driver feedback on the dynamics of the vehicle during steering movements, so to speak, via torques in the steering wheel for an intuitive driving experience. In addition, a vibration of the steering wheel as a haptic warning, for example a lane assistant, can of course also be generated by a corresponding feedback actuator unit. Although this embodiment relates in particular to steer-by-wire systems, it can also be used in connection with, for example, power steering, where the driver's steering movements are supported by a servo motor, but still have a mechanical connection between the steering wheel and the steering gear consists. In this case, the output shaft is non-rotatably connected both to a steering wheel and to a connecting shaft to the steering gear in the assembled state.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Abtriebswelle zur Übertragung eines Lenkmoments auf ein Lenkgetriebe ausgebildet sein. Auch dies kann insbesondere bei einer Steer-by-Wire-Steuerung zum Einsatz kommen, bei welcher keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe gegeben ist. Bspw. kann die Abtriebswelle als Lenkgetriebe-Eingangswelle ausgebildet sein, an der ein Ritzel befestigt ist, das seinerseits mit einer Zahnstange eines Lenkgetriebes zusammenwirkt. Auch hierbei sind die kompakte Bauweise und die hohe Übersetzung des Planetengetriebes von Vorteil, da die Aktoreinheit relativ kompakt an der Lenkspindel angeordnet sein kann. Neben einem Einsatz bei einer Steer-by-Wire-Steuerung ist auch ein Einsatz bei einer Servolenkung, genauer gesagt bei einer säulenunterstützten elektrischen Servolenkung (Column Electric Power Assisted Steering, C-EPAS) oder einer Lenkgetriebe-Eingangswellenunterstützten elektrischen Servolenkung (Pinion (bzw. Dual Pinion) Electric Power Assisted Steering, P-EPAS bzw. DP-EPAS), möglich.According to a further embodiment, the output shaft can be designed to transmit a steering torque to a steering gear. This can also be used in particular in a steer-by-wire control in which there is no mechanical connection between the steering wheel and the steering gear. E.g. The output shaft can be designed as a steering gear input shaft to which a pinion is attached, which in turn interacts with a rack of a steering gear. Here, too, the compact design and the high gear ratio of the planetary gear are advantageous, since the actuator unit can be arranged on the steering spindle in a relatively compact manner. In addition to use in steer-by-wire control, use in power steering, more precisely in column-assisted electric power steering (Column Electric Power Assisted Steering, C-EPAS) or in steering gear input shaft-assisted electric power steering (Pinion (or Dual Pinion) Electric Power Assisted Steering, P-EPAS or DP-EPAS), possible.

Gemäß einer Ausführungsform sind das Hohlrad und der Steg koaxial drehbar, wobei die Antriebswelle ein Antriebsrad aufweist, welches mit dem Hohlrad zusammenwirkt, die Abtriebswelle an den Steg gekoppelt ist und das Sonnenrad fixiert ist. Bei dieser Ausführungsform ist das innenliegende Sonnenrad fixiert, also nicht drehbar. Es kann bspw. an einem Gehäuse befestigt sein, welches die gesamte Aktoreinheit oder Teile derselben aufnimmt. Das außen liegende Hohlrad und der zwischen Hohlrad und Sonnenrad angeordnete Steg sind hingegen koaxial drehbar, also um eine gemeinsame Drehachse. Die Abtriebswelle ist an den Steg gekoppelt, also normalerweise drehfest mit diesem verbunden (oder, bei einer mehrteiligen Ausbildung des Stegs, mit wenigstens einem Teil des Stegs drehfest verbunden). Diese Ausführungsform ist insofern vorteilhaft, als zum einen durch die Übertragung der Bewegung des Hohlrades auf die Planetenräder bereits eine Untersetzung erfolgt, d.h. der Steg dreht sich mit einer geringeren Drehzahl als das Hohlrad, was gleichzeitig eine Erhöhung des Drehmoments gegenüber dem Hohlrad bedeutet. Des Weiteren kann durch das Zusammenwirken des Antriebsrades mit dem Hohlrad eine weitere Untersetzung erreicht werden. Dabei ist der Umfang des Hohlrades bzw. dessen Zähnezahl größer als der Umfang bzw. die Zähnezahl des Antriebsrades. Bevorzugt verlaufen die Drehachsen des Hohlrades und des Antriebsrades parallel zueinander, d.h. die Antriebswelle ist parallel zur Getriebeachse des Planetengetriebes ausgerichtet. Sie verläuft allerdings nicht koaxial, sondern versetzt hierzu.According to one embodiment, the ring gear and the web are coaxially rotatable, the drive shaft having a drive gear which interacts with the ring gear, the output shaft is coupled to the web and the sun gear is fixed. In this embodiment, the inner sun gear is fixed, that is, not rotatable. It can, for example, be attached to a housing which accommodates the entire actuator unit or parts thereof. The external ring gear and the web arranged between the ring gear and the sun gear, however, can be rotated coaxially, that is to say about a common axis of rotation. The output shaft is coupled to the web, that is normally connected to it in a rotationally fixed manner (or, in the case of a multi-part design of the web, connected to at least part of the web in a rotationally fixed manner). This embodiment is advantageous in that, on the one hand, the transmission of the movement of the ring gear to the planet gears already results in a reduction, ie the web rotates at a lower speed than the ring gear, which at the same time means an increase in the torque compared to the ring gear. Furthermore, the interaction of the drive gear with the ring gear a further reduction can be achieved. The circumference of the ring gear or its number of teeth is greater than the circumference or the number of teeth of the drive wheel. The axes of rotation of the ring gear and of the drive gear preferably run parallel to one another, ie the drive shaft is aligned parallel to the gear axis of the planetary gear. However, it does not run coaxially, but offset from it.

Insbesondere um die Aktoreinheit bei einer Servolenkung einsetzen zu können, kann bei der oben geschilderten Ausführungsform die Abtriebswelle zentral durch das Sonnenrad hindurchgeführt sein. Dabei weisen das Sonnenrad und/oder einen Schaft, auf dem das Sonnenrad aufsetzt, eine zentrale Durchgangsöffnung auf, durch welche die Abtriebswelle hindurchgeführt ist. Auf diese Weise kann die Abtriebswelle zum einen auf Seiten des Lenkrads angebunden sein und zum anderen auf Seiten des Lenkgetriebes. Es versteht sich, dass die Durchgangsöffnung normalerweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und symmetrisch bezüglich der Getriebeachse angeordnet ist. Die Abtriebswelle kann beabstandet innerhalb der Durchgangsöffnung angeordnet sein, alternativ ist auch eine Lagerung innerhalb der Durchgangsöffnung möglich. Normalerweise handelt es sich hierbei um eine gleitende Lagerung.In particular, in order to be able to use the actuator unit in a power steering system, in the embodiment described above, the output shaft can be guided centrally through the sun gear. The sun gear and / or a shaft on which the sun gear is seated have a central through opening through which the output shaft is passed. In this way, the output shaft can be connected on the one hand to the steering wheel and on the other hand to the steering gear. It goes without saying that the through opening normally has a circular cross section and is arranged symmetrically with respect to the gear axis. The output shaft can be arranged spaced apart within the through opening; alternatively, storage within the through opening is also possible. Usually this is a sliding bearing.

Grundsätzlich ist es denkbar, dass das Antriebsrad (radial) außenseitig am Hohlrad ansetzt, wobei das Hohlrad selbstverständlich eine innere Zahnung für die Planetenräder sowie eine äußere Zahnung für das Antriebsrad aufweisen muss. Bevorzugt jedoch wirkt das Antriebsrad innenseitig mit dem Hohlrad zusammen und ist parallel zur Getriebeachse gegenüber den Planetenrädern versetzt. D.h., das Antriebsrad wirkt auf der gleichen Seite mit dem Hohlrad zusammen wie die Planetenräder. Da Letztere zusammen mit dem Steg die Getriebeachse umlaufen, während die Antriebswelle im Allgemeinen ortsfest angeordnet ist, würde das Antriebsrad mit den Planetenrädern kollidieren, wenn es in deren Rotationsebene angeordnet wäre. Aus diesem Grund ist das Antriebsrad axial zu den Planetenrädern versetzt. Man könnte auch sagen, die Rotationsebene des Antriebsrades ist zu der Rotationsebene jedes Planetenrades versetzt. Die Planetenräder sind jedenfalls kontaktfrei zu dem Antriebsrad. Diese Ausführungsform ist hinsichtlich des Bauraums vorteilhaft, da das Antriebsrad sowie die Antriebswelle in radialer Richtung innerhalb der Außenkontur des Hohlrades angeordnet sind. Gleiches lässt sich auch für den die Antriebswelle antreibenden Elektromotor erreichen. Anders ausgedrückt, die radiale Ausdehnung der Aktoreinheit bezüglich der Achse des Planetengetriebes, welche hier mit der Achse der Abtriebswelle übereinstimmt, ist gering.In principle, it is conceivable that the drive wheel is attached (radially) on the outside of the ring gear, the ring gear of course having to have inner teeth for the planetary gears and outer teeth for the drive wheel. Preferably, however, the drive wheel interacts on the inside with the ring gear and is offset from the planetary gears parallel to the gear axis. This means that the drive gear interacts with the ring gear on the same side as the planetary gears. Since the latter run around the gear axis together with the web, while the drive shaft is generally arranged in a stationary manner, the drive wheel would collide with the planet wheels if it were arranged in their plane of rotation. For this reason, the drive wheel is axially offset from the planet wheels. One could also say that the plane of rotation of the drive wheel is offset from the plane of rotation of each planet wheel. The planet gears are in any case free of contact with the drive wheel. This embodiment is advantageous in terms of installation space since the drive wheel and the drive shaft are arranged in the radial direction within the outer contour of the ring gear. The same can be achieved for the electric motor driving the drive shaft. In other words, the radial expansion of the actuator unit with respect to the axis of the planetary gear, which here coincides with the axis of the output shaft, is small.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung sind das Sonnenrad und der Steg koaxial drehbar, wobei die Antriebswelle an das Sonnenrad gekoppelt ist, die Abtriebswelle an den Steg gekoppelt ist und das Hohlrad fixiert ist. D.h. das Hohlrad ist hierbei drehfest bspw. an einem Gehäuse befestigt, während das Sonnenrad und der Steg sich koaxial drehen. Die Antriebswelle ist an das Sonnenrad gekoppelt, man könnte auch sagen, das Sonnenrad ist drehfest an der Antriebswelle befestigt. Wiederum kann die Antriebswelle drehfest am Rotor des Elektromotors befestigt sein. Einerseits verringert sich somit gegenüber der oben beschriebenen Ausführungsform die Teilezahl, da kein zusätzliches Antriebsrad zur Kraftübertragung von der Antriebswelle auf das Planetengetriebe notwendig ist. Andererseits entfällt somit auch eine Untersetzungsstufe, d.h. es ist schwieriger, starke Untersetzungen zu erreichen. Die Baugröße in radialer Richtung kann klein gehalten werden, da die Antriebswelle koaxial zur Getriebeachse verläuft und somit auch der Elektromotor nahe an der Getriebeachse angeordnet ist. Andererseits muss der Elektromotor in axialer Richtung unter Umständen weiter versetzt sein, wodurch sich die Baulänge gegenüber der oben beschriebenen Ausführungsform vergrößern kann.According to an alternative embodiment, the sun gear and the web are coaxially rotatable, the drive shaft being coupled to the sun gear, the output shaft being coupled to the web and the ring gear being fixed. I.e. the ring gear is non-rotatably attached to a housing, for example, while the sun gear and the web rotate coaxially. The drive shaft is coupled to the sun gear, one could also say that the sun gear is non-rotatably attached to the drive shaft. Again, the drive shaft can be attached to the rotor of the electric motor in a rotationally fixed manner. On the one hand, the number of parts is thus reduced compared to the embodiment described above, since no additional drive wheel is necessary for power transmission from the drive shaft to the planetary gear. On the other hand, there is no reduction stage, i.e. it is more difficult to achieve large reductions. The structural size in the radial direction can be kept small, since the drive shaft runs coaxially to the transmission axis and thus the electric motor is also arranged close to the transmission axis. On the other hand, the electric motor may have to be further offset in the axial direction, which can increase the overall length compared to the embodiment described above.

Um einen optimalen und kostengünstig realisierbaren Eingriff zwischen den Planetenrädern und dem Hohlrad und/oder dem Sonnenrad zu gewährleisten, ist es bevorzugt, dass der Steg dazu ausgebildet ist, wenigstens ein Planetenrad gegen wenigstens ein anderes Planetenrad vorzuspannen. Der Steg ist dabei normalerweise mehrteilig ausgebildet und weist wenigstens ein elastisches Element bzw. eine Feder auf. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass der Steg einteilig und in sich elastisch ausgebildet ist, wobei die Vorspannung aus einer elastischen Verformung des Steges resultiert. Bezüglich der Achse des Planetengetriebes kann die Vorspannung insbesondere in radialer Richtung und/oder in tangentialer Richtung wirken.In order to ensure an optimal and inexpensive realizable engagement between the planet gears and the ring gear and / or the sun gear, it is preferred that the web is designed to preload at least one planet gear against at least one other planet gear. The web is usually formed in several parts and has at least one elastic element or a spring. In principle, it would also be conceivable for the web to be designed in one piece and to be elastic in itself, the pretensioning resulting from an elastic deformation of the web. With regard to the axis of the planetary gear, the preload can act in particular in the radial direction and / or in the tangential direction.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Steg ein erstes Stegelement auf, an welchem ein erstes und zweites Planetenrad gelagert sind, sowie ein am ersten Stegelement beweglich gelagertes zweites Stegelement, an welchem ein drittes Planetenrad gelagert ist, wobei das erste Stegelement durch wenigstens eine Feder gegenüber dem zweiten Stegelement vorgespannt ist. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, dass zusätzlich zu den genannten drei Planetenrädern noch weitere Planetenräder vorgesehen sind. Bevorzugt weist das Planetengetriebe genau drei Planetenräder auf. Dabei sind zwei der Planetenräder an einem ersten Stegelement gelagert, das in sich starr ausgebildet sein kann, also allenfalls vernachlässigbare Verformungen erfährt. Der Abstand einer ersten und zweiten Planetenachse des ersten und zweiten Planetenrades zueinander ist somit festgelegt. Das dritte Planetenrad ist an einem zweiten Stegelement gelagert, das seinerseits am ersten Stegelement beweglich gelagert ist. Das zweite Stegelement kann ebenso wie das erste Stegelement in sich starr ausgebildet sein. Bevorzugt ist das zweite Stegelement um eine Schwenkachse schwenkbar am ersten Stegelement gelagert. Durch die wenigstens eine Feder, die zwischen dem ersten Stegelement und dem zweiten Stegelement zwischengeordnet ist, ist eine Vorspannung gegeben, durch die das erste sowie das zweite Planetenrad gegen das dritte Planetenrad vorgespannt sind.According to a preferred embodiment, the web has a first web element on which a first and second planetary gear are mounted, as well as a second web element movably mounted on the first web element, on which a third planetary gear is mounted, the first web element being at least one spring opposite the second web element is biased. In this embodiment it is possible that, in addition to the three planet wheels mentioned, further planet wheels are provided. Preferably, the planetary gear has exactly three planet gears. Two of the planetary gears are mounted on a first web element, which can be rigid in itself, that is, undergoes at most negligible deformations. The distance between a first and a second planet axis of the first and second planet gear to each other is thus fixed. The third planet gear is mounted on a second web element which in turn is movably mounted on the first web element. The second bar element, like the first bar element, can be rigid in itself. The second bar element is preferably mounted on the first bar element so as to be pivotable about a pivot axis. The at least one spring, which is interposed between the first web element and the second web element, provides a preload by means of which the first and second planet gears are pretensioned against the third planet gear.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Feder als Torsionsfeder ausgebildet und um eine Schwenkachse des zweiten Stegelements herum angeordnet. Die Feder ist dabei üblicherweise als Schraubenfeder ausgebildet, innerhalb derer die Schwenkachse verläuft. Dabei kann die Schwenkachse des zweiten Stegelements mit der Getriebeachse zusammenfallen oder zumindest benachbart zu dieser angeordnet sein. Insbesondere kann die Torsionsfeder um die Abtriebswelle herum angeordnet sein, welche drehfest mit dem Steg verbunden ist. Normalerweise ist die Abtriebswelle drehfest mit dem zweiten Stegelement verbunden, es ist aber auch eine drehfeste Verbindung mit dem ersten Stegelement möglich. Die Feder kann dabei auch unmittelbar an der Abtriebswelle ansetzen statt an demjenigen Stegelement, mit dem sie drehfest verbunden ist.According to one embodiment, the spring is designed as a torsion spring and is arranged around a pivot axis of the second web element. The spring is usually designed as a helical spring within which the pivot axis runs. The pivot axis of the second web element can coincide with the gear axis or at least be arranged adjacent to it. In particular, the torsion spring can be arranged around the output shaft, which is non-rotatably connected to the web. Normally, the output shaft is connected to the second web element in a rotationally fixed manner, but a rotationally fixed connection to the first web element is also possible. The spring can also be applied directly to the output shaft instead of that web element to which it is connected in a rotationally fixed manner.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Feder als Linearfeder ausgebildet und zur Schwenkachse versetzt angeordnet. Auch hier kann die Feder wiederum als Schraubenfeder ausgebildet sein. Die Federachse bzw. die Kraftwirkungslinie der Feder verläuft normalerweise in der tangential-radialen Ebene bezüglich der Getriebeachse des Planetengetriebes, während sie bei der oben dargestellten Ausführungsform in axialer Richtung verläuft. Üblicherweise setzt die Feder einerseits am ersten Stegelement an sowie andererseits am zweiten Stegelement, also nicht an der Abtriebswelle. Bevorzugt kann die Schwenkachse zur Achse des Planetengetriebes versetzt angeordnet sein. Bezogen auf eine Winkelposition um die Getriebeachse können die Schwenkachse sowie eine dritte Planetenachse des dritten Planetenrads um mehr als 90° zueinander tangential versetzt sein, insbesondere um mehr als 160°. In letzterem Fall kann man auch davon sprechen, dass die Schwenkachse und die dritte Planetenachse einander bezüglich der Getriebeachse gegenüberliegen. Da die Abtriebswelle entlang der Getriebeachse ausgerichtet ist, kann das zweite Stegelement um die Abtriebswelle herum verlaufen. Hierfür kann es gebogen und/oder abgewinkelt ausgebildet sein.According to another embodiment, the spring is designed as a linear spring and is arranged offset to the pivot axis. Here, too, the spring can again be designed as a helical spring. The spring axis or the line of action of the spring normally runs in the tangential-radial plane with respect to the gear axis of the planetary gear, while in the embodiment shown above it runs in the axial direction. Usually, the spring is applied on the one hand to the first web element and on the other hand to the second web element, that is, not on the output shaft. The pivot axis can preferably be arranged offset to the axis of the planetary gear. In relation to an angular position about the transmission axis, the pivot axis and a third planetary axis of the third planetary gear can be offset tangentially by more than 90 °, in particular by more than 160 °. In the latter case, it can also be said that the pivot axis and the third planetary axis are opposite one another with respect to the gear axis. Since the output shaft is aligned along the transmission axis, the second web element can run around the output shaft. For this it can be bent and / or angled.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

1 eine perspektivische Darstellung einer Aktoreinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine weitere perspektivische Darstellung der Aktoreinheit aus 1;
3 eine perspektivische Darstellung einer Aktoreinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform;
4 eine Darstellung einer Aktoreinheit gemäß einer dritten Ausführungsform; sowie
5 eine perspektivische Darstellung einer Aktoreinheit gemäß einer vierten Ausführungsform.

Further advantageous details and effects of the invention are explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the figures. Show it

1 a perspective view of an actuator unit according to a first embodiment of the present invention;
2 a further perspective view of the actuator unit 1 ;
3 a perspective view of an actuator unit according to a second embodiment;
4th a representation of an actuator unit according to a third embodiment; as
5 a perspective view of an actuator unit according to a fourth embodiment.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.In the different figures, the same parts are always provided with the same reference numerals, which is why they are usually only described once.

1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Aktoreinheit 1, die bspw. als Teil einer Steer-by-Wire-Lenkung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann. Sie kann insbesondere als Feedback-Aktor oder als Rad-Aktor eingesetzt werden. Eine Antriebswelle 2 ist drehfest mit dem (nicht dargestellten) Rotor eines Elektromotors 5 verbunden und weist ein Antriebsrad 3 auf. Das Antriebsrad 3 kämmt mit einem Hohlrad 17 eines Planetengetriebes 10. Die Zähnezahl des Hohlrades 17 ist wesentlich größer als die des Antriebsrades 3. Das Hohlrad 17 ist um eine Getriebeachse A des Planetengetriebes 10 drehbar gelagert, die gleichzeitig seine Symmetrieachse bildet. Das Planetengetriebe 10 weist drei Planetenräder 13, 14, 15 auf, die jeweils innenseitig mit dem Hohlrad 17 kämmen und an einem Steg 16 drehbar gelagert sind, der seinerseits ebenfalls um die Getriebeachse A drehbar ist. Innenseitig kämmen die Planetenräder 13, 14, 15 mit einem Sonnenrad 11, das auf einem Schaft 12 angeordnet ist, der in hier nicht dargestellter Weise gegenüber einem Gehäuse fixiert ist, in dem die Aktoreinheit 1 ganz oder teilweise angeordnet ist. Der Steg 16 ist seinerseits mit einer Abtriebswelle 4 drehfest verbunden, die symmetrisch entlang der Getriebeachse A ausgerichtet ist. 1 and 2 show an actuator unit according to the invention 1 which can be used, for example, as part of a steer-by-wire steering system of a motor vehicle. In particular, it can be used as a feedback actuator or as a wheel actuator. A drive shaft 2 is non-rotatably with the (not shown) rotor of an electric motor 5 connected and has a drive wheel 3 on. The drive wheel 3 meshes with a ring gear 17th of a planetary gear 10 . The number of teeth on the ring gear 17th is much larger than that of the drive wheel 3 . The ring gear 17th is around a gear axis A. of the planetary gear 10 rotatably mounted, which at the same time forms its axis of symmetry. The planetary gear 10 has three planet gears 13 , 14th , 15th each on the inside with the ring gear 17th comb and on a jetty 16 are rotatably mounted, which in turn is also about the transmission axis A. is rotatable. The planet gears mesh on the inside 13 , 14th , 15th with a sun gear 11 that is on a stem 12 is arranged, which is fixed in a manner not shown here with respect to a housing in which the actuator unit 1 is wholly or partially arranged. The bridge 16 is in turn with an output shaft 4th non-rotatably connected, symmetrically along the gear axis A. is aligned.

Um eine Kollision des Antriebsrades 3 mit den Planetenrädern 13, 14, 15 zu verhindern, sind diese parallel zur Getriebeachse A (man könnte auch sagen, axial) gegenüber dem Antriebsrad 3 versetzt.To a collision of the drive wheel 3 with the planet gears 13 , 14th , 15th to prevent these are parallel to the gear axis A. (you could also say axially) opposite the drive wheel 3 offset.

Im Falle eines Steer-by-Wire-Systems kann die Aktoreinheit 1 bspw. als Feedback-Aktoreinheit ausgebildet sein, wobei die Abtriebswelle 2 als Lenkradwelle dazu vorgesehen ist, mit einem Lenkrad verbunden zu sein. Dabei wird durch den Elektromotor 5 ein Drehmoment erzeugt, das durch ein Getriebe 6, welches das Antriebsrad 3 sowie das Planetengetriebe 10 umfasst, von der Antriebswelle 2 auf die Abtriebswelle 4 übertragen und dabei verändert wird. Insgesamt erfolgt durch das Getriebe 6 eine zweimalige Untersetzung. Zum einen wird durch die wesentlich geringere Zähnezahl des Antriebsrades 3 gegenüber dem Hohlrad 17 eine erste Untersetzung erreicht. Zum anderen erfolgt durch das Planetengetriebe 10 selbst eine weitere Untersetzung. Auf diese Weise kann auch mit einem vergleichsweise kleinen und leistungsschwachen Elektromotor 5 ein starkes Drehmoment in der Abtriebswelle 4 erzeugt werden. Umgekehrt bedeutet die Untersetzung, dass seitens der Abtriebswelle 4 ein erhebliches Drehmoment notwendig ist, um eine Drehung des Planetengetriebes 10 sowie der Antriebswelle 3 zu erzeugen.In the case of a steer-by-wire system, the actuator unit 1 Be designed as a feedback actuator unit, for example, the output shaft 2 is provided as a steering wheel shaft to be connected to a steering wheel. This is done by the electric motor 5 a torque generated by a gearbox 6th which is the drive wheel 3 as well as that Planetary gear 10 includes, from the drive shaft 2 on the output shaft 4th is transferred and changed in the process. Overall takes place through the transmission 6th a double reduction. On the one hand, due to the significantly lower number of teeth on the drive wheel 3 opposite the ring gear 17th reached a first reduction. On the other hand takes place through the planetary gear 10 even another reduction. In this way, even with a comparatively small and low-powered electric motor 5 a strong torque in the output shaft 4th be generated. Conversely, the reduction means that on the part of the output shaft 4th a significant torque is necessary to rotate the planetary gear 10 as well as the drive shaft 3 to create.

Alternativ kann die Aktoreinheit 1 auch zur Kraftübertragung auf ein Lenkgetriebe dienen, wobei die Abtriebswelle 4 ein hier nicht dargestelltes Ritzel trägt, das mit einer Zahnstange des Lenkgetriebes zusammenwirkt. Die Abtriebswelle 4, die in diesem Fall auch als Lenkgetriebe-Eingangswelle bezeichnet werden kann, weist im Falle eines Steer-by-Wire-Systems keinerlei mechanische Verbindung zum Lenkrad auf. Der Elektromotor 5 bringt das Drehmoment, welches letztendlich das Lenkmoment erzeugt, alleine auf, wobei die erhebliche Untersetzung und hiermit verbundene Drehmomentverstärkung vorteilhaft sind. Ebenso ist die sehr kompakte Anordnung im Bereich der Antriebswelle 2 (Lenkspindel) von Vorteil.Alternatively, the actuator unit 1 also serve to transmit power to a steering gear, the output shaft 4th carries a pinion, not shown here, which interacts with a rack of the steering gear. The output shaft 4th , which in this case can also be referred to as the steering gear input shaft, has no mechanical connection to the steering wheel in the case of a steer-by-wire system. The electric motor 5 generates the torque that ultimately generates the steering torque on its own, with the considerable reduction and the associated torque amplification being advantageous. The same is true of the very compact arrangement in the area of the drive shaft 2 (Steering spindle) advantageous.

Der Steg 16 weist bei dieser Ausführungsform ein erstes Stegelement 16.1 auf, an dem ein erstes Planetenrad 13 sowie ein zweites Planetenrad 14 um eine erste bzw. zweite Planetenachse B, C drehbar gelagert sind, sowie einen zweites Stegelement 16.2, an dem ein drittes Planetenrad 15 um eine dritte Planetenachse D drehbar gelagert ist. Das erste Stegelement 16.1 ist mit der Abtriebswelle 4 starr verbunden und kann ggf. auch einstückig mit dieser ausgebildet sein. Das zweite Stegelement 16.2 ist um eine Schwenkachse S, die mit der Achse A zusammenfällt oder benachbart zu dieser angeordnet ist, gegenüber dem ersten Stegelement 16.1 schwenkbar. Eine als Schraubenfeder ausgebildete Torsionsfeder 16.3 ist um die Abtriebswelle 4 herum angeordnet und greift einerseits an der Abtriebswelle 4 sowie andererseits am ersten Stegelement 16.1 an. Die Torsionsfeder 16.3 ist vorgespannt, woraus sich eine tangentiale Vorspannung des ersten und zweiten Planetenrads 13, 14 gegen das dritte Planetenrad 15 ergibt. Durch diese tangentiale Vorspannung wird ein Spielausgleich der betroffenen Verzahnungspaarungen erreicht. The bridge 16 has a first web element in this embodiment 16.1 on which a first planetary gear 13 as well as a second planet gear 14th around a first or second planetary axis B. , C. are rotatably mounted, as well as a second web element 16.2 on which a third planetary gear 15th around a third planetary axis D. is rotatably mounted. The first bar element 16.1 is with the output shaft 4th rigidly connected and can optionally also be formed in one piece with this. The second bar element 16.2 is about a pivot axis S. that with the axis A. coincides with or is arranged adjacent to this, opposite the first web element 16.1 pivotable. A torsion spring designed as a helical spring 16.3 is around the output shaft 4th arranged around and engages on the one hand on the output shaft 4th and on the other hand on the first web element 16.1 on. The torsion spring 16.3 is preloaded, resulting in a tangential preload of the first and second planet gears 13 , 14th against the third planet gear 15th results. This tangential prestressing compensates for play in the gear pairings concerned.

3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Aktoreinheit 1, die weitgehend der ersten Ausführungsform ähnelt und insoweit nicht nochmals erläutert wird. Allerdings weist der Schaft 12, auf dem das Sonnenrad 11 sitzt, hier eine zentrale Durchgangsöffnung 18 auf, durch welche die Abtriebswelle 4 hindurchgeführt ist. Die Abtriebswelle 4 ist hier beabstandet durch die Durchgangsöffnung 18 hindurch geführt, alternativ könnte sich allerdings auch gleitend darin gelagert sein. Die Abtriebswelle 4 kann einerseits ein hier nicht dargestelltes Ritzel tragen, das mit einer Zahnstange des Lenkgetriebes zusammenwirkt, oder eine Zwischenwelle zum Lenkgetriebe. Die Abtriebswelle 4, die in diesem Fall auch als Ausgangswelle bezeichnet werden kann, kann bei einer säulenunterstützten elektrischen Servolenkung (Column Electric Power Assisted Steering C-EPAS) bzw. einer Lenkgetriebe-Eingangswellenunterstützten elektrischen Servolenkung (Pinion bzw. Dual Pinion Electric Power Assisted Steering, P-EPAS bzw. DP-EPAS) eingesetzt werden und ermöglicht eine mechanische Kraftübertragung zwischen Lenkrad und Lenkgetriebe. 3 shows a second embodiment of an actuator unit 1 which is largely similar to the first embodiment and is not explained again in this respect. However, the shaft has 12 on which the sun gear 11 sits, here a central passage opening 18th on, through which the output shaft 4th is passed through. The output shaft 4th is spaced here by the through opening 18th guided through it, but could alternatively also be slidably mounted therein. The output shaft 4th can on the one hand carry a pinion, not shown here, which interacts with a rack of the steering gear, or an intermediate shaft to the steering gear. The output shaft 4th , which in this case can also be referred to as the output shaft, can with a column-assisted electric power steering (Column Electric Power Assisted Steering C-EPAS) or a steering gear input shaft-assisted electric power steering (Pinion or Dual Pinion Electric Power Assisted Steering, P-EPAS or DP-EPAS) and enables mechanical power transmission between the steering wheel and the steering gear.

4 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Aktoreinheit 1, wobei die Zeichenebene senkrecht zur Getriebeachse A verläuft. Die dargestellte Aktoreinheit 1 stimmt weitgehend mit der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsform überein und wird insoweit nicht nochmals erläutert. Allerdings unterscheidet sich der Aufbau des Steges 16 insofern, als das zweite Stegelement 16.2 um eine Schwenkachse S schwenkbar ist, die zwar parallel zur Getriebeachse A des Planetengetriebes 10 verläuft, allerdings deutlich zu dieser versetzt ist. Das zweite Stegelement 16.2 ist armartig und gebogen ausgebildet und um die Abtriebswelle 4 herumgeführt. Die Winkelpositionen der Schwenkachse S und die dritte Planetenachse D des dritten Planetenrads 15 sind (bezüglich der Getriebeachse A) um deutlich mehr als 90°, bspw. um 170° - 190° zueinander versetzt. Man könnte auch sagen, die Schwenkachse S und die dritte Planetenachse D liegen einander bezüglich der Getriebeachse A gegenüber. Eine ebenfalls als Schraubenfeder ausgebildete Linearfeder 16.4 ist zwischen dem ersten Stegelement 16.1 und im zweiten Stegelement 16.2 zwischengeordnet und beaufschlagt diese mit einer Kraft, wodurch die Planetenräder 13, 14, 15 gegen das Hohlrad 17 vorgespannt werden. Das zweite Stegelement 16.2 ist hier gebogen ausgebildet, was dazu beiträgt, übermäßige lokale Spannungen innerhalb des zweiten Stegelements 16.2 zu verhindern. 4th shows a third embodiment of an actuator unit 1 , whereby the plane of the drawing is perpendicular to the gear axis A. runs. The actuator unit shown 1 largely agrees with the in 1 and 2 embodiment shown and is not explained again in this respect. However, the structure of the bridge differs 16 insofar as the second web element 16.2 around a pivot axis S. is pivotable, although parallel to the transmission axis A. of the planetary gear 10 runs, but is clearly offset to this. The second bar element 16.2 is arm-like and curved and around the output shaft 4th shown around. The angular positions of the pivot axis S. and the third planetary axis D. of the third planetary gear 15th are (with respect to the gear axis A. ) by significantly more than 90 °, for example by 170 ° - 190 ° to each other. You could also say the swivel axis S. and the third planetary axis D. are each other with respect to the gear axis A. across from. A linear spring also designed as a helical spring 16.4 is between the first web element 16.1 and in the second web element 16.2 interposed and acts on this with a force, whereby the planet gears 13 , 14th , 15th against the ring gear 17th be prestressed. The second bar element 16.2 is formed here bent, which contributes to excessive local stresses within the second bar element 16.2 to prevent.

Alternativ könnte das zweite Stegelement 16.2 auch abgewinkelt ausgebildet und auf diese Weise um die Abtriebswelle 4 herumgeführt sein. Der hier gezeigte Steg 16 kann auch mit der in 3 gezeigten Ausführungsform kombiniert werden.Alternatively, the second web element 16.2 also formed angled and in this way around the output shaft 4th be shown around. The bridge shown here 16 can also be used with the in 3 embodiment shown can be combined.

5 zeigt eine vierte Ausführungsform einer Aktoreinheit 1, die Ähnlichkeiten zu der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsform aufweist und für die gleichen Anwendungen eingesetzt werden kann. Grundlegender Unterschied ist hierbei allerdings, dass die Antriebswelle 2 koaxial zur Getriebeachse A des Planetengetriebes 10 angeordnet ist und unmittelbar drehfest mit dem Sonnenrad 11 verbunden ist, welches bei dieser Ausführungsform entsprechend um die Getriebeachse A drehbar ist. Dafür ist das Hohlrad 17 fixiert, bspw. durch eine Befestigung an einem hier nicht dargestellten Gehäuse der Aktoreinheit 1. Wenn das Sonnenrad 11 durch den Elektromotor 5 angetrieben wird, resultiert hieraus eine Drehbewegung der Planetenräder 13, 14, 15 sowie des Steges 16, welcher sich um die Getriebeachse A dreht. Allerdings ist die Drehzahl des Steges 16 kleiner als diejenige des Sonnenrades 11. Es besteht also eine Untersetzung, die dadurch gesteigert werden kann, dass die Zähnezahl des Sonnenrades 11 gegenüber den Zähnezahlen der Planetenräder 13, 14, 15 reduziert wird. Wie bei der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsform, ist auch hier der Steg 16 bzw. das erste Stegelement 16.1 desselben drehfest mit der Abtriebswelle 4 verbunden. Aufgrund der Untersetzung ergibt sich in der Abtriebswelle 4 ein größeres Drehmoment als in der Antriebswelle 2. Im Unterschied zur in 1 und 2 dargestellten Ausführungsform liegt in diesem Fall nur eine einzige Untersetzungsstufe vor, weshalb sich im Allgemeinen mit der erstgenannten Ausführungsform größere Untersetzungen realisieren lassen. Andererseits vereinfacht sich der Aufbau bei der hier gezeigten Ausführungsform dadurch, dass die Antriebswelle 2 unmittelbar das Sonnenrad 11 antreibt und somit eine eigene Befestigung des Sonnenrades 14 einerseits und das zusätzliche Antriebsrad 3 andererseits entfallen. Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist der Steg 16 identisch zur in 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ausgebildet und spannt das erste und zweite Planetenrad 13, 14 in entsprechender Weise gegen das dritte Planetenrad 15 vor. Alternativ wäre auch hier eine Ausgestaltung des Steges 16 wie in 4 gezeigt möglich. 5 shows a fourth embodiment of an actuator unit 1 , the similarities to the in 1 and 2 Has illustrated embodiment and used for the same applications can be. The fundamental difference here, however, is that the drive shaft 2 coaxial to the gear axis A. of the planetary gear 10 is arranged and directly rotatable with the sun gear 11 is connected, which in this embodiment is corresponding to the transmission axis A. is rotatable. That's what the ring gear is for 17th fixed, for example by fastening to a housing of the actuator unit, not shown here 1 . When the sun gear 11 by the electric motor 5 is driven, this results in a rotational movement of the planetary gears 13 , 14th , 15th as well as the bridge 16 which is around the gear axis A. turns. However, the speed of the web is 16 smaller than that of the sun gear 11 . So there is a reduction that can be increased by increasing the number of teeth on the sun gear 11 compared to the number of teeth on the planetary gears 13 , 14th , 15th is reduced. As with the in 1 and 2 The embodiment shown here is also the web 16 or the first bar element 16.1 same rotatably with the output shaft 4th connected. Due to the reduction, there is in the output shaft 4th a greater torque than in the drive shaft 2 . In contrast to the in 1 and 2 In this case, there is only a single reduction stage, which is why larger reductions can generally be implemented with the first-mentioned embodiment. On the other hand, the design is simplified in the embodiment shown here in that the drive shaft 2 directly the sun gear 11 drives and thus its own fastening of the sun gear 14th on the one hand and the additional drive wheel 3 on the other hand omitted. In the embodiment shown here, the web is 16 identical to the in 1 and 2 illustrated embodiment formed and tensioned the first and second planetary gears 13 , 14th in a corresponding manner against the third planet gear 15th in front. Alternatively, a configuration of the web would also be here 16 as in 4th shown possible.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: AktoreinheitActuator unit
22: Antriebswelledrive shaft
33: Antriebsraddrive wheel
44th: AbtriebswelleOutput shaft
55: ElektormotorElectric motor
66: Getriebetransmission
1010: PlanetengetriebePlanetary gear
1111: SonnenradSun gear
1212th: Schaftshaft
13, 14, 1513, 14, 15: PlanetenradPlanetary gear
1616: Stegweb
16.116.1: erstes Stegelementfirst bar element
16.216.2: zweites Stegelementsecond bar element
16.316.3: TorsionsfederTorsion spring
16.416.4: LinearfederLinear spring
1717th: HohlradRing gear
1818th: DurchgangsöffnungThrough opening
AA.: GetriebeachseGear axis
B, C, DB, C, D: PlanetenachsePlanetary axis
SS.: SchwenkachseSwivel axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102015213303 A1 [0005]
US 9683639 B2 [0006]
JP 2012035738 A [0007]
US 8007330 B2 [0008]
US 6799654 B2 [0009]
DE 19914383 A1 [0010]

Claims

Actuator unit (1) for a motor vehicle steering system, with an electric motor (5), a drive shaft (2) that can be driven at least indirectly by the electric motor (5), and an output shaft (4) which is driven by the drive shaft (6) via a step-down gear (6). 2) is drivable, characterized in that the gear (6) has a planetary gear (10) aligned along a gear axis (A), with a sun gear (11) and a coaxially rotatable web (16) which carries a plurality of planet gears (13, 14, 15) and a ring gear (17) coaxial therewith.

Actuator unit after Claim 1 , characterized in that it is designed as a feedback actuator unit, the output shaft (4) being designed for connection to a steering wheel.

Actuator unit after Claim 1 or 2 , characterized in that the output shaft (4) is designed to transmit a steering torque to a steering gear.

Actuator unit according to one of the preceding claims, characterized in that the ring gear (17) and the web (16) are coaxially rotatable, the drive shaft (2) having a drive wheel (3) which interacts with the ring gear (17), the output shaft (4) is coupled to the web (16) and the sun gear (11) is fixed.

Actuator unit according to one of the preceding claims, characterized in that the drive gear (3) cooperates on the inside with the ring gear (17) and is offset parallel to the gear axis (A) with respect to the planet gears (13, 14, 15).

Actuator unit according to one of the preceding claims, characterized in that the sun gear (11) and the web (16) can be rotated coaxially, the drive shaft (2) being coupled to the sun gear (11), the output shaft (4) being coupled to the web ( 16) is coupled and the ring gear (17) is fixed.

Actuator unit according to one of the preceding claims, characterized in that the web (16) is designed to preload at least one planet gear (13, 14, 15) against at least one other planet gear (13, 14, 15).

Actuator unit according to one of the preceding claims, characterized in that the web (16) has a first web element (16.1) on which a first and second planetary gear (13, 14) are mounted, as well as a second movably mounted on the first web element (16.1) Web element (16.2) on which a third planet gear (15) is mounted, the second web element (16.2) being preloaded with respect to the first web element (16.1) by at least one spring (16.3, 16.4).

Actuator unit according to one of the preceding claims, characterized in that the spring (16.3, 16.4) is designed as a torsion spring and is arranged around a pivot axis (S) of the second web element (16.2).

Actuator unit according to one of the preceding claims, characterized in that the spring (16.3, 16.4) is designed as a compression spring and is arranged offset to the pivot axis (S).