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Die Erfindung betrifft eine Drehanschlagvorrichtung für eine drehbar gelagerte Welle, mit einem stationären Anschlagkörper und einem Getriebe, das die Drehbewegung der Welle in eine lineare Bewegung eines angetriebenen Elements relativ zu dem Anschlagkörper umsetzt.
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Eine Drehanschlagvorrichtung dieser Art ist aus
DE 10 2013 014 133 B3 bekannt und wird beispielsweise als Lenkanschlag für eine Lenkwelle in einem Kraftfahrzeug mit Steer-by-Wire Lenkung eingesetzt. Das Getriebe bei dieser bekannten Drehanschlagvorrichtung wird durch ein Ritzel und eine Zahnstange gebildet, und das angetriebene Element ist ein von der Zahnstange vorspringender Nocken, der an den Enden des linearen Bewegungsbereichs der Zahnstange an stationären Anschlagkörpern anschlägt.
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Ein Nachteil der bekannten Drehanschlagvorrichtung besteht darin, dass das Getriebe aufgrund der auf das Lenkrad ausgeübten Kraft und/oder aufgrund des Trägheitsmoments des Lenkrads im Augenblick des Anschlags an den Anschlagkörper sehr hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist und dementsprechend stabil ausgeführt werden muss.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Drehanschlagvorrichtung zu schaffen, bei der das Getriebe geringeren Belastungen ausgesetzt ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass auf der Welle eine federndes Element angeordnet ist, das als eine Einheit mit der Welle drehbar ist und von der Welle radial nach außen in die Bewegungsbahn des angetriebenen Elements ragt und das, wenn das angetriebene Element eine Anschlagposition erreicht, durch das angetriebene Element in eine Anschlagkonfiguration ausgelenkt wird, in der es in Drehrichtung an dem Anschlagkörper anschlägt.
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Bei der erfindungsgemäßen Drehanschlagvorrichtung wird somit die Drehbewegung der Welle nicht unmittelbar durch einen Anschlag des angetriebenen Elements an dem Anschlagkörper begrenzt, sondern vielmehr dadurch, dass das federnde Element, das sich mit der Welle mitdreht, an dem Anschlagkörper anschlägt. Der Kraftfluss verläuft dann von dem Anschlagkörper über das federnde Element direkt zu der Welle und umgeht somit das Getriebe, das infolgedessen einer deutlich geringeren Belastung ausgesetzt ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In einer Ausführungsform ist das Getriebe ein Spindeltrieb mit einer drehfest auf der Welle sitzenden Spindel und einer Mutter, die mit der Spindel in Gewindeeingriff steht, als angetriebenem Element.
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Das federnde Element kann durch ein Anschlagblech gebildet werden, das mit einem ringförmigen inneren Nabenbereich fest auf der Welle sitzt und radial nach außen vorspringende Arme aufweist, die, wenn die Mutter, also das angetriebene Element, das Ende ihres linearen Bewegungsbereichs erreicht, durch die Mutter ausgelenkt werden und dadurch in eine Position gelangen, in der sie in Drehrichtung an jeweiligen Anschlagkörpern anschlagen können. Die Arme können auf der der Mutter zugewandten Seite eine ringförmige Gleitfläche aufweisen, an der ein von der Stirnfläche der Mutter vorspringender Wulst anschlägt und die sich in der Endphase der Drehbewegung gleitend an diesem Wulst entlang bewegt, während der Arm in die Anschlagposition ausgelenkt wird.
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Zwischen dem Anschlagkörper oder den Anschlagkörpern und dem federnden Element und/oder zwischen dem federnden Element und der Welle kann ein Aufpralldämpfer vorgesehen sein, beispielsweise in der Form eines gummielastischen Puffers, der bei Erreichen der Anschlagposition den Aufprall dämpft.
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Im folgenden werden ein Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 einen axialen Schnitt durch eine Drehanschlagvorrichtung gemäß der Erfindung;
- 2 eine Stirnansicht der Drehanschlagvorrichtung nach 1 bei geöffnetem Gehäuse;
- 3 einen axialen Schnitt analog zu 1, jedoch für den Zustand der Drehanschlagvorrichtung in der Anschlagposition; und
- 4 eine Einzelheit einer Drehanschlagvorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel.
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Die in 1 gezeigte Drehanschlagvorrichtung weist ein zylindrisches, scheibenförmiges Gehäuse 10 auf, das aus zwei spiegelbildlichen und miteinander vercrimpten oder verschweißten Halbschalen zusammengesetzt ist und das koaxial von einer drehbar gelagerten Welle 12 durchsetzt wird. Das Gehäuse 10 nimmt ein Getriebe 14 auf, das durch eine fest auf die Welle 12 aufgekeilte Spindel 16 und eine mit der Spindel in Gewindeeingriff stehende Mutter 18 als angetriebenem Element gebildet wird.
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Das Gehäuse 10 weist in einer äußeren Umfangsfläche vier in gleichmäßigen Winkelabständen angeordnete, sich axial erstreckende Einzüge 20 auf, die von gabelförmigen Vorsprüngen 22 umgriffen werden, die vom äußeren Umfangsrand der Mutter 18 vorspringen. Auf diese Weise wird die Mutter 18 an einer Drehung relativ zu dem Gehäuse 10 gehindert, während eine axiale Bewegung der Mutter zugelassen wird.
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An jedem Ende der Spindel 16 ist ein gummielastischer Tragring 24 angeordnet, der in Bezug auf die Welle 12 und die Spindel 16 drehfest gehalten ist und ein Anschlagblech 26 trägt, das mit einem radial inneren ringförmigen Nabenbereich fest auf dem Tragring 24 sitzt. Der Nabenbereich des Anschlagbleches 26 stützt sich axial über einen Gleitring 28 an einer Stirnwand des Gehäuses 10 ab. Auf der entgegengesetzten Seite weist das Anschlagblech eine etwas erhabene ringförmige Gleitfläche 30 auf, die einen Anschlag für einen von der Stirnfläche der Mutter 18 vorspringenden Wulst 32 bildet. Radial außerhalb des nabenbereiches weist das Anschlagblech 26 drei in gleichmäßigen Winkelabständen angeordnete radiale Arme 34 auf, die jeweils einen Teil der Gleitfläche 30 bilden und am freien Ende einen sich radial erstreckenden und in Axialring vorspringenden Lappen 36 tragen. Gegenüberliegend zu den Lappen 36 sind in der Stirnwand des Gehäuses 10 drei kreisbogenförmige Taschen 38 gebildet, die sich jeweils nur über einen begrenzten Umfangswinkel erstrecken und in Umfangsrichtung durch radiale Wände begrenzt werden. Eine dieser Wände (oder wahlweise auch eine Kante einer Wand) bildet jeweils einen Anschlagkörper 40 für den zugehörigen Lappen 36.
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Die Anordnung der Arme 34 und der Lappen 36 ist in 2 deutlicher zu erkennen.
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Als Beispiel soll angenommen werden, dass die Spindel 16 und die Mutter 18 Linksgewinde haben. Wenn dann die Welle 12 im Gegenuhrzeigersinn in 2 gedreht wird, so bewegt sich die Mutter 18 axial auf den Betrachter zu, also nach links in 1. Wenn bei dieser Bewegung die Mutter 18 mit ihrem Wulst 32 an den Armen 34, speziell den Gleitflächen 30, des Anschlagbleches 26 anschlägt, so werden bei der weiteren Drehung der Welle 12 und des Anschlagbleches 36 die Arme 34 in Axialrichtung elastisch ausgelenkt, so dass die Lappen 36 in die Taschen 38 eintreten. Dieser Zustand ist in 3 dargestellt. Die Drehbewegung der Welle 12 wird dadurch beendet, dass die Lappen 36 an den Anschlagkörpern 40 (1) anschlagen, wobei der Aufprall durch den gummielastischen Tragring 24 gedämpft wird.
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In einer anderen Ausführungsform, die in 4 gezeigt ist, wird der Anschlagstoß durch eine besondere Ausprägung der Lappen gemildert. In 4 ist mit dem Bezugszeichen 36' ein Lappen bezeichnet, eine Ω-ähnliche Profilierung aufweist und in dessen Innerem sich ein zylinderförmiger Elastomerkörper 42 befindet. Bei Einfederung des schräg nach unten wegtauchenden Lappenendes wird dieser von der ihn umgebenden, ösenähnlichen Blechwandung komprimiert und übernimmt die Funktion einer Dämpfung, wenn der Lappen am Anschlagkörper 40 anschlägt.
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Wesentlich ist, dass die Kraft, die die weitere Drehung der Welle 12 verhindert, von den Anschlagkörpern 40 über die Lappen 36 und die Arme 34 des Anschlagbleches 26 und weiter über den Tragring 24 direkt in die Welle 12 fließt und somit die Mutter 18 und die Spindel 16 des Getriebes 14 von diesem Kraftfluss umgangen werden. Folglich wird das Getriebe 14 nicht durch die beim Aufprall auf die Anschlagkörper 40 auftretenden Kraftspitzen beansprucht. Die Komponenten des Getriebes 14 brauchen daher keine hohen Stabilitätsanforderungen zu erfüllen und können folglich aus kostengünstigen Materialien und mit kostengünstigen Fertigungstechniken hergestellt werden. Beispielsweise kann die Spindel 16 spanlos als Sinterteil hergestellt werden, und bei der Mutter 18 kann es sich um ein Spritzteil aus Kunststoff handeln.
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Die elastische Verformbarkeit der Arme 34 des Anschlagbleches kann durch geeignete Wahl der Geometrie dieser Arme so eingestellt werden, dass auch dann, wenn die Arme 34 elastisch ausgelenkt werden, die Reibungskraft zwischen dem Wulst 32 und der Gleitfläche 30 innerhalb akzeptabler Grenzen bleibt. Wahlweise können die Arme 34 durch in diesen Armen gebildete Langlöcher zusätzlich geschwächt werden.
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Wenn die Welle 12 im Uhrzeigersinn in 3 gedreht wird, so bewegt sich die Mutter 18 axial vom Betrachter weg, und die Drehbewegung in dieser Richtung wird begrenzt, wenn die Mutter 18 die Arme 34 des anderen Anschlagbleches 26 (rechts in 1 und 3) auslenkt. Bei diesem Anschlagblech sind die (in der Zeichnung nicht erkennbaren) Lappen 36 so angeordnet, dass sie in Drehrichtung vorauslaufen.
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Im gezeigten Beispiel sind die Länge und die Gewindesteigung der Spindel 16 so gewählt, dass die Welle von einer Anschlagposition zur anderen zwei volle Umdrehungen ausführen kann. Die elastische Auslenkung der Anschlagbleche 26 erfolgt jeweils auf der letzten Vierteldrehung der Welle.
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Beliebige andere Umdrehungszahlen und Drehwinkel zur Auslenkung des Anschlagbleches sind möglich durch entsprechende Abstimmung von Spindel, Gewindesteigung, Armen des Anschlagbleches und Anschlagkörpern im Gehäuse.
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Die hier gezeigte Drehanschlagvorrichtung kann beispielsweise als Lenkanschlag in einem Fahrzeug mit Steer-by-Wire Lenkung eingesetzt werden sowie überall dort, wo eine Drehbewegung begrenzt werden muss, die mehr als eine Umdrehung (360°) umfasst. Im Fall des Lenkanschlags ist die Welle 12 die Lenkwelle, und das Gehäuse 10 wird in Drehrichtung formschlüssig, beispielsweise unter Ausnutzung der durch die Einzüge 20 gebildeten Nuten, an ein nicht gezeigtes Lenksystemgehäuse des Fahrzeugs gekoppelt. Durch die Drehanschlagvorrichtung wird dann verhindert, dass die Lenkwelle endlos in ein und derselben Richtung gedreht wird, was zu einer Überbeanspruchung der elektrischen Kabel führen würde, die am Lenkrad angeordnete Schalter mit stationären Fahrzeugkomponenten verbinden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013014133 B3 [0002]
