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Die Erfindung betrifft einen Feedback-Aktuator für ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, welches einen auf gelenkte Räder des Kraftfahrzeugs wirkenden, in Abhängigkeit einer Fahrerlenkvorgabe elektronisch geregelten Lenksteller umfasst. Der Feedback-Aktuator weist dabei ein drehmomenterzeugendes Mittel auf und ist ausgebildet, mittels des drehmomenterzeugenden Mittels ein Drehmoment auf eine Lenkwelle auszuüben und damit eine Rückwirkung bezüglich eines Räder-Fahrbahn-Kontakts auf ein Lenkmittel zu übertragen.
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Bekannt sind solche Feedback-Aktuatoren für Kraftfahrzeuge beispielsweise aus den Druckschriften
DE 10 2015 015 147 A1 und
DE 10 2015 015 148 A1 . Neben einem Elektromotor weisen diese Feedback-Aktuatoren einen vorgespannten Kurbeltrieb beziehungsweise ein vorgespanntes Zugmittelgetriebe auf. Durch den vorgespannten Kurbeltrieb beziehungsweise das vorgespannte Zugmittelgetriebe wird eine kleinere Ausgestaltung des Elektromotors erreicht.
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Nachteilig hierbei ist, dass bei den Ausgestaltungen Bauraum für den Kurbeltrieb beziehungsweise für das Zugmittelgetriebe benötigt wird.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine alternative Ausgestaltung für einen Feedback-Aktuator bereitzustellen, welcher vorzugsweise einen weiter verringerten Bauraum ermöglicht. Dabei soll insbesondere ein Spiel beim Umkehren der Lenkbewegung möglichst reduziert und vorzugsweise verhindert werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Feedback-Aktuator gemäß Anspruch 1 sowie ein Steer-by-Wire-Lenksystem gemäß Anspruch 14 vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung beschrieben sowie in den Figuren dargestellt.
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Die vorgeschlagene Lösung sieht einen Feedback-Aktuator für ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, welches einen auf lenkbare Räder des Kraftfahrzeugs wirkenden, in Abhängigkeit einer Fahrerlenkvorgabe elektronisch geregelten Lenksteller umfasst, vor. Der Feedback-Aktuator weist dabei ein drehmomenterzeugendes Mittel auf und ist ausgebildet, mittels des drehmomenterzeugenden Mittels ein Drehmoment auf eine Lenkwelle auszuüben und damit eine Rückwirkung bezüglich eines Räder-Fahrbahn-Kontakts auf ein Lenkmittel zu übertragen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Feedback-Aktuator als das drehmomenterzeugende Mittel ein Planetengetriebe und einen Elektromotor aufweist, wobei der Elektromotor mit dem Planetengetriebe mechanisch derart in Eingriff steht, dass eine Übertragung des Drehmoments von dem Elektromotor über das Planetengetriebe auf eine Lenkwelle erfolgt. Ein von dem Elektromotor bereitgestelltes Drehmoment wird also nicht direkt auf eine Lenkwelle übertragen, sondern vorteilhafterweise von dem Elektromotor über das Planetengetriebe auf eine Lenkwelle ausgeübt. Durch das Planetengetriebe kann der Elektromotor vorteilhafterweise kleiner ausgebildet werden, da die für den Feedback-Aktuator benötigten Kräfte vorteilhafterweise durch das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes realisiert werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Durchmesser des Elektromotors dem Durchmesser des Planetengetriebes entspricht. Hierdurch wird vorteilhafterweise der Bauraum äußerst vorteilhaft ausgenutzt. Zudem können Elektromotor und Planetengetriebe auf diese Weise eine homogene Einheit bilden, die beim Einbau vorteilhafterweise besonders einfach handhabbar ist. Das Planetengetriebe ist insbesondere geradverzahnt. Weiter ist insbesondere eine Schrägverzahnung des Planetengetriebes vorgesehen. Durch die Wartungsarmut eines Planetengetriebes ist der vorgeschlagene Feedback-Aktuator vorteilhafterweise selbst sehr wartungsarm und wenig störanfällig.
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Das Planentengetriebe umfasst dabei ein Sonnenrad, wenigstens drei Planentenräder und ein Hohlrad, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass das Hohlrad fest ist, also nicht angetrieben wird. Der Elektromotor ist vorteilhafterweise derart mit dem Planetengetriebe mechanisch gekoppelt, dass der Elektromotor das Sonnenrad antreiben kann. Die Planetenräder sind vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass diese mit einer Lenkwelle eines Lenksystems mechanisch gekoppelt werden können, insbesondere über ein entsprechendes Anbindungselement einer Lenkwelle.
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Besonders vorteilhaft ist das Planetengetriebe ein spielfreies Planetengetriebe. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass insbesondere beim Umkehren der Lenkbewegung ein Fahrer kein Spiel im System spürt. Dies führt vorteilhafterweise zu einem verbesserten Fahrgefühl und erhöht insbesondere auch die Akzeptanz solcher Systeme. Ausgestaltungen für spielfreie Planetengetriebe sind beispielsweise aus den Druckschriften
WO 087/06671 A1 ,
DE 37 38 607 A1 ,
DE 10 2016 006 602 A1 ,
EP 1 236 929 A1 ,
EP 2 268 939 B1 und
EP 2 735 767 B1 bekannt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Feedback-Aktuators ist das Planetengetriebe ein sich selbst nachstellendes Planetengetriebe, welches vorteilhafterweise einer verschleißbedingten Spielbildung durch Nachstellen entgegenwirkt. So wurde festgestellt, dass sich durch Abnutzung innerhalb des Planetengetriebes mit der Zeit ein Spiel bilden kann. Dieser Spielbildung wird mit durch das sich selbst nachstellende Planetengetriebe vorteilhafterweise entgegengewirkt. Das Fahrgefühl bleibt hierdurch vorteilhafterweise über einen langen Nutzungszeitraum konstant. Zudem ist die Wartungsarmut des Feedback-Aktuators vorteilhafterweise weiter erhöht.
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Als besonders vorteilhaftes Planetengetriebe wird ein Planetengetriebe vorgeschlagen, welches ein Sonnenrad, ein Hohlrad mit einem ersten Hohlteilrad und ein in Axialrichtung des Sonnenrads von dem ersten Hohlteilrad beabstandetes zweites Hohlteilrad, wenigstens drei Planetenräder mit jeweils einem ersten Planetenteilrad und einem in Axialrichtung des Sonnenrads von dem ersten Planetenteilrad beabstandetes zweites Planetenteilrad und ein ein Federelement umfassendes Einstellelement aufweist. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die ersten Planetenteilräder jeweils mit dem Sonnenrad und dem ersten Hohlteilrad im Eingriff stehen, wobei die zweiten Planetenteilräder jeweils mit dem Sonnenrad und dem zweiten Hohlteilrad im Eingriff stehen. Vorteilhafterweise ist das Einstellelement dazu ausgebildet, das erste Hohlteilrad und das zweite Hohlteilrad in Umfangsrichtung des Sonnenrads relativ zueinander zu verlagern. Hierdurch ist ein vorteilhafterweise ein Planetengetriebe mit stark reduziertem Spiel oder sogar ein spielfreies Planetengetriebe bereitgestellt.
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Weiter sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung des Planetengetriebes vor, dass das Federelement das erste Hohlteilrad und/oder das zweite Hohlteilrad mit einer ständig wirkenden Druckkraft beaufschlagt. Hierdurch wird vorteilhafterweise verhindert, dass über eine längere Nutzungsdauer ein Spiel auftritt. Das Federelement ist vorzugsweise als Druckfeder ausgebildet. Um zu verhindern, dass durch Abnützung wieder Spiel entsteht, ist vorteilhafterweise im Einstellelement das Federelement integriert, welches das zweite Hohlteilrad durch die wirkende Federkraft immer vorspannt, wodurch dieses im Fall von Abnützung nachstellt und so weiterhin Spielfreiheit realisiert wird.
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Vorteilhafterweise umfasst das Planetengetriebe ein das Hohlrad umschließendes Gehäuseelement. Hierdurch sind die Getriebeelemente vorteilhafterweise besser geschützt, insbesondere vor dem Eindringen von Fremdkörpern. Zudem ist die Handhabung des Planetengetriebes und eines Feedback-Aktuators mit einem solchen Planetengetriebe weiter verbessert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Planetengetriebes ist das erste Hohlteilrad ortsfest gelagert und das zweite Hohlteilrad in Umfangsrichtung des Sonnenrads verdrehbar gelagert. Hierdurch wird vorteilhafterweise das Spiel weiter reduziert.
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Weiter vorteilhaft sind die Planetenräder jeweils dazu ausgebildet, sich in Radialrichtung des Sonnenrads zu verlagern, wenn sich das erste Hohlteilrad und das zweite Hohlteilrad in Umfangsrichtung des Sonnenrads relativ zueinander verlagern. Auch hierdurch wird vorteilhafterweise das Spiel weiter reduziert sowie weiter verhindert, dass sich über einen längeren Nutzungszeitraum ein Spiel einstellt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Planetengetriebes sieht vor, dass das Einstellelement dazu ausgebildet ist, das zweite Hohlteilrad mit einer Druckkraft zu beaufschlagen. Auf diese Weise stellt sich das Planetengetriebe vorteilhafterweise selbst nach, auch wenn sich infolge von Abnutzungen die Geometrien der Getriebeelemente über die Zeit verändern. Vorteilhafterweise bleibt das Planetengetriebe auf diese Weise dauerhaft spielfrei. Vorzugsweise ist das Einstellelement als Stift, Bolzen oder Schraubbolzen ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Planetengetriebes weist das zweite Hohlteilrad eine sich in Radialrichtung des Sonnenrads erstreckende Anformung auf. Das Einstellelement ist vorteilhafterweise derart angeordnet, die sich in Radialrichtung des Sonnenrads erstreckende Anformung mit einer Druckkraft zu beaufschlagen. Vorteilhafterweise wird hierdurch weiter dazu beigetragen, dass das Planetengetriebe dauerhaft spielfrei bleibt. Die Anformung ist vorteilhafterweise in einer Ausnehmung eines das zweite Hohlteilrad umgebenden Gehäuseteils angeordnet. Die Ausnehmung ist dabei größer ausgebildet als die Anformung, sodass ein Verdrehen des Hohlteilrads innerhalb der durch die Ausnehmung vorgegebenen Grenzen ermöglicht ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Planetengetriebes sieht vor, dass das Sonnenrad einstückig ausgebildet ist. Hierdurch ist vorteilhafterweise die Komplexität des Planetengetriebes reduziert und die Fertigung vereinfacht.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass das Sonnenrad, die Planetenräder und das Hohlrad jeweils eine Geradverzahnung oder eine Schrägverzahnung aufweisen. Weiter ist insbesondere vorgesehen, dass das Planetengetriebe ein einstufiges oder mehrstufiges Getriebe ist, vorzugsweise ein einstufiges Getriebe.
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Insbesondere ist weiter ein Feedback-Aktuator vorgesehen, welcher ein Planetengetriebe gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen beziehungsweise ein Planetengetriebe, welches die vorstehend genannten Merkmale einzeln oder in Kombination aufweist, umfasst. Hierdurch wird vorteilhafterweise ein Feedback-Aktuator ohne Spiel oder mit stark reduziertem Spiel bereitgestellt, welcher vorteilhafterweise lediglich einen geringen Bauraumbedarf aufweist.
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Das zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ebenfalls vorgeschlagene Steer-by-Wire-Lenksystem umfasst einen Feedback-Aktuator mit den vorstehend genannten Merkmalen einzeln oder in Kombination. Insbesondere umfasst das Steer-by-Wire-Lenksystem eine Lenkwelle, wobei an deren einem Ende vorteilhafterweise ein Lenkmittel, insbesondere ein Lenkrad angeordnet ist. Weiter umfasst das Steer-by-Wire-Lenksystem insbesondere einen auf gelenkte Räder eines Kraftfahrzeugs wirkenden, in Abhängigkeit einer Fahrerlenkvorgabe elektronisch geregelten Lenksteller. Vorteilhafterweise werden dabei über das Lenkmittel erfasste Lenkbefehle an den Lenksteller übermittelt, um die Lenkbefehle in entsprechende Radstellungen der gelenkten Räder umzusetzen.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren (Fig.: Figur) dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Lenksystem mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Feedback-Aktuator;
- 2 in einer perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Feedback-Aktuator, der mit einer Lenkwelle mechanisch in Eingriff steht;
- 3 eine seitliche Schnittdarstellung (Schnittebene A-A in Bezug auf 2) eines Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Feedback-Aktuator, der mit einer Lenkwelle mechanisch in Eingriff steht;
- 4 eine frontale Schnittdarstellung (Schnittebene B-B in Bezug auf 2) eines Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Feedback-Aktuator, der mit einer Lenkwelle mechanisch in Eingriff steht;
- 5 in einer perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Feedback-Aktuator;
- 6 in einer perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Planetengetriebe mit einem Gehäuseteil, wobei das Planetengetriebe mechanisch im Eingriff mit einer Lenkwelle steht;
- 7 in einer perspektivischen Darstellung das Ausführungsbeispiel gemäß 6, allerdings ohne Gehäuseteil; und
- 8 in einer perspektivischen Darstellung das Ausführungsbeispiel gemäß 6, allerdings ohne Hohlteilräder.
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile in der Regel mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher mitunter auch jeweils nur im Zusammenhang mit einer der Figuren erläutert.
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In 1 ist ein Steer-by-Wire-Lenksystem 1 gezeigt. Dieses umfasst eine in 1 nicht sichtbare Lenkwelle 2, an deren Ende ein Lenkrad als Lenkmittel 3 angeordnet ist. An der Lenkwelle 2 kann insbesondere ein nicht dargestellter Drehwinkelsensor angebracht sein, welcher das durch Drehen des Lenkmittels 3 aufgebrachten Fahrerlenkwinkel erfasst. Zusätzlich kann insbesondere auch ein Lenkmoment erfasst werden. Des Weiteren umfasst das Lenksystem 1 einen Feedback-Aktuator 4. Der Feedback-Aktuator 4 ist dabei mechanisch mit der Lenkwelle 2 gekoppelt und dient dazu, eine Rückwirkung bezüglich eines Räder-Fahrbahn-Kontakts auf das Lenkmittel 3 zu übertragen. Da das Lenkmittel 2 nicht mechanisch mit den Rädern 6 eines Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, werden auf diese Weise vorteilhafterweise Rückwirkungen von der Fahrbahn 60 auf das Lenkmittel 3 simuliert und somit dem Fahrer eine Rückmeldung über das Lenk- und Fahrverhalten des Fahrzeugs geben. Fahrbahnunebenheiten oder eine Berührung eines Rades 6 mit einem Bordstein werden für einen Fahrer durch den Feedback-Aktuator 4 vorteilhafterweise am Lenkmittel 3 wahrnehmbar. Dazu werden entsprechende Daten, die im Zusammenhang mit einem Räder-Fahrbahn-Kontakt stehen, sensorisch erfasst und ausgewertet, um den Feedback-Aktuator 4 entsprechend anzusteuern. Über eine Signalleitung 50 erfolgt eine Übertragung entsprechender Signale zum Feedback-Aktuator 4, insbesondere kabelgebunden, wobei die Signalleitung 50 insbesondere auch über eine Luftschnittstelle ausgebildet sein kann, insbesondere mittels Funkverbindung. Insbesondere ist auch eine Signalübertragung ausgehend von dem Feedback-Aktuator 4 vorgesehen.
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Insbesondere wird ein Fahrerlenkwunsch über einen erfassten Drehwinkel der Lenkwelle 2 an eine nicht explizit dargestellte Feedback-Aktuator-Monitoreinheit übertragen. Die Feedback-Aktuator-Monitoreinheit überträgt den Fahrerlenkwunsch vorzugsweise an eine Ansteuereinheit. Die Feedback-Aktuator-Monitoreinheit übernimmt bevorzugt auch die Ansteuerung des Feedback-Aktuators 4. Die Feedback-Aktuator-Monitoreinheit kann auch integral mit der Ansteuereinheit ausgebildet sein. Die Ansteuereinheit steuert insbesondere in Abhängigkeit von dem erfassten Drehwinkel der Lenkwelle 2 sowie vorteilhafterweise in Abhängigkeit von weiteren Eingangsgrößen einen Lenksteller 5, insbesondere einen elektrischen Lenksteller 5, an, welcher die Stellung der lenkbaren Räder 6 steuert, in diesem Ausführungsbeispiel über eine Kugelgewindespindel 12 und die Spurstangen 9.
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In 2 ist ein Feedback-Aktuator 4, welcher mechanisch mit einer Lenkwelle 2 verbunden ist, dargestellt, wobei an dem dem Feedback-Aktuator 4 abgewandten Ende ein Lenkmittel 3 angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Lenkmittel 3 ein Lenkrad. Der Feedback-Aktuator 4 ist für ein Lenksystem 1 für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, insbesondere für ein Lenksystem 1, wie in 1 dargestellt, wobei das Kraftfahrzeug einen auf lenkbare Räder 6 des Kraftfahrzeugs wirkenden, in Abhängigkeit einer Fahrerlenkvorgabe elektronisch geregelten Lenksteller 5 umfasst.
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Der Feedback-Aktuator 4 weist dabei einen Elektromotor 7 und ein einstufiges Planetengetriebe 10 als drehmomenterzeugendes Mittel auf, wobei der Feedback-Aktuator 4 ausgebildet ist, mittels des drehmomenterzeugenden Mittels ein Drehmoment auf die Lenkwelle 2 auszuüben und damit eine Rückwirkung bezüglich eines Räder-Fahrbahn-Kontakts auf das Lenkmittel 3 zu übertragen. Der Elektromotor 7 steht mit dem Planetengetriebe 10 dabei mechanisch derart in Eingriff, dass eine Übertragung des Drehmoments von dem Elektromotor 7 über das Planetengetriebe 10 auf die Lenkwelle 2 erfolgt. Das Planetengetriebe 10 ist dabei in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel von einem Gehäuse G umgeben, wobei das Gehäuse G in 2 ein erstes Gehäuseteil G1, ein zweites Gehäuseteil G2 und ein drittes Gehäuseteil G3 umfasst. Über Befestigungsmittel 8, insbesondere über Schrauben, kann eine Anbindung des Gehäuses G an den Elektromotor 7 erfolgen. Die Durchmesser von Elektromotor 7 und dem das Gehäuse G aufweisenden Planetengetriebe 10 stimmt dabei vorteilhafterweise überein. Hierdurch lässt sich vorteilhafterweise der für den Feedback-Aktuator 4 benötigte Einbauraum geringhalten und äußerst vorteilhaft ausnutzen. Zudem ist die Handhabbarkeit des Feedback-Aktuators 4 insbesondere beim Einbau in ein Kraftfahrzeug verbessert.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass das Planetengetriebe 10 ein von dem Elektromotor 7 angetriebenes Sonnenrad umfasst, wenigstens drei Planetenräder, deren Drehbewegung auf die Lenkwelle 2 übertragen wird und ein feststehendes Hohlrad umfasst. Insbesondere ist weiter vorgesehen, dass das Planetengetriebe 10 ein spielfreies Planetengetriebe ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen für das Planetengetriebe 10 werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 bis 8 erläutert. Darüber hinaus können, insbesondere abhängig von den Anforderungen an die aufzubringenden Drehmomente, auch mehrstufige Planetengetriebe vorgesehen werden.
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3 zeigt dabei eine seitliche Schnittdarstellung eines Feedback-Aktuators 4, der mit einer Lenkwelle 2 mechanisch im Eingriff steht. Der Schnitt erfolgt dabei in Bezug auf die Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß 2 entlang der Schnittebene A-A. Der Elektromotor 7 des Feedback-Aktuators 4 ist dabei lediglich schematisch dargestellt. Das Planetengetriebe 10 umfasst ein Gehäuse mit einem ersten Gehäuseteil G1, einem zweiten Gehäuseteil G2 und einem dritten Gehäuseteil G3. Über Befestigungsmittel 8, insbesondere über Schrauben, ist das Planetengetriebe 10 mit dem Elektromotor 7 verbunden.
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Das Planetengetriebe 10 umfasst ein Sonnenrad S, insbesondere ein einstückig ausgebildetes Sonnenrad, welches über eine Welle 71 des Elektromotors 7 angetrieben werden kann. Ein entsprechender Anbindungsbereich, in welchem die Anbindung der Welle 71 an das Sonnenrad S erfolgt, ist dabei drehbar in einem Wälzlager 11 gelagert und von dem ersten Gehäuseteil G1 umgeben.
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Weiter umfasst das Planetengetriebe ein Hohlrad mit einem ersten Hohlteilrad H1 und einem zweiten Hohlteilrad H2. Das zweite Hohlteilrad H2 ist dabei in Axialrichtung des Sonnenrads S von dem ersten Hohlteilrad H1 beabstandet. Zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad S sind gleichmäßig verteilt drei Planetenräder mit jeweils einem ersten Planetenteilrad ZA1, ZB1, ZC1 und einem zweiten Planetenteilrad ZA2, ZB2, ZC2 angeordnet, wobei jeweils das zweite Planetenteilrad ZA2, ZB2, ZC2 in Axialrichtung des Sonnenrads S von dem jeweiligen ersten Planetenteilrad ZA1, ZB1, ZC1 beabstandet ist (in 3 sind aufgrund der gewählten Schnittdarstellung nur ZB1 und ZB1 zur erkennen). Die ersten Planetenteilräder ZA1, ZB1, ZC1 stehen dabei jeweils mit dem Sonnenrad S und dem ersten Hohlteilrad H1 im Eingriff und die zweiten Planetenteilräder ZA2, ZB2, ZC2 stehen jeweils mit dem Sonnenrad S und dem zweiten Hohlteilrad H2 im Eingriff. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Planetengetriebe 10 ein ein Federelement F umfassendes Einstellelement 15 aufweist (in 3 sind aufgrund der gewählten Schnittdarstellung das Federelement F und das Einstellelement 15 nicht zur erkennen). Das Einstellelement 15 ist dabei dazu ausgebildet, das erste Hohlteilrad H1 und das zweite Hohlteilrad H2 in Umfangsrichtung des Sonnenrads S relativ zueinander zu verlagern, wodurch sich vorteilhafterweise ein spielfreies Planetengetriebe realisieren lässt.
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Das in 3 sichtbare erste Planetenteilrad ZB1 und das in 3 sichtbare zweite Planetenteilrad ZB2 sind dabei auf einer gemeinsamen Achse 32 drehbar gelagert. Entsprechendes gilt für die weiteren Planetenteilräder. Über ein Anbindungselement 21 der Lenkwelle 2 sind die Planetenräder über deren Achsen, beispielsweise das erste Planetenteilrad ZB1 und das zweite Planetenteilrad ZB2 über die Achse 32, mit der Lenkwelle 2 verbunden, sodass eine Drehbewegung des von dem Elektromotor 7 angetriebenen Sonnenrades S über die Planetenräder auf die Lenkwelle 2 übertragen wird. Die Lenkwelle 2 ist durch zwei Wälzlager 11 drehbar gelagert. Diese Wälzlager 11 werden dabei von dem zweiten Gehäuseteil G2 umschlossen.
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4 zeigt eine frontale Schnittdarstellung eines Feedback-Aktuators 4, der mit einer Lenkwelle 2 mechanisch im Eingriff steht. Der Schnitt erfolgt dabei in Bezug auf die Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß 2 entlang der Schnittebene B-B. In dieser Schnittdarstellung sind insbesondere weitere Details des Planetengetriebes 10 mit dem Gehäuseteil 3 zu erkennen. Das Planetengetriebe 10 umfasst ein Sonnenrad S, ein feststehendes Hohlrad mit einem in 4 nicht sichtbaren ersten Hohlteilrad H1 und einem in Axialrichtung des Sonnenrads S von dem ersten Hohlteilrad H1 beabstandeten, in 4 sichtbaren zweiten Hohlteilrad H2 und drei Planetenräder. Die Planetenräder weisen dabei jeweils ein in 4 nicht sichtbares erstes Planetenteilrad ZA1, ZB1, ZC1 und ein in Axialrichtung des Sonnenrads S von dem jeweiligen ersten Planetenteilrad ZA1, ZB1, ZC1 beabstandetes, in 4 sichtbares zweite Planetenteilrad ZA2, ZB2, ZC2 auf. Die ersten Planetenteilräder ZA1, ZB1, ZC1 stehen jeweils mit dem Sonnenrad S und dem ersten Hohlteilrad H1 im Eingriff und die zweiten Planetenteilräder ZA2, ZB2, ZC2 jeweils mit dem Sonnenrad S und dem zweiten Hohlteilrad H2. Das Sonnenrad S, die Planetenräder und das Hohlrad weisen in diesem Ausführungsbeispiel jeweils eine Geradverzahnung auf, wobei als Ausgestaltungsvariante insbesondere auch eine Schrägverzahnung vorgesehen werden kann.
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Die Lenkwelle 2 weist ein Anbindungselement 21 auf, über welches die Lenkwelle mit den beiden Enden der Achsen 31, 32, 33 der Planetenräder verbunden ist. Dazu kann das Anbindungselement insbesondere zwei scheibenförmige Abschnitte aufweisen, die parallel zueinander angeordnet sind und über Verbindungsabschnitte 21S miteinander verbunden sind.
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Weiter weist das Planetengetriebe 10 ein Einstellelement 15 mit einem Federelement F auf, wobei das Einstellelement 15 dazu ausgebildet ist, das erste Hohlteilrad H1 und das zweite Hohlteilrad H2 in Umfangsrichtung des Sonnenrads S relativ zueinander zu verlagern. Das Federelement F beaufschlagt das erste Hohlteilrad H1 und das zweite Hohlteilrad H2 mit einer ständig wirkenden Druckkraft. Das erste Hohlteilrad H1 ist dabei ortsfest in dem Gehäuseteil G3 gelagert, wohingegen das zweite Hohlteilrad H2 in Umfangsrichtung des Sonnenrads S verdrehbar gelagert ist. Dazu weist das zweite Hohlteilrad H2 eine sich in Radialrichtung des Sonnenrads S erstreckende Anformung 16 auf, welche in einer Ausnehmung 17 des Gehäuseteils G3 angeordnet ist. Diese Ausnehmung 17 ist dabei größer ausgebildet als die Anformung 16, sodass ein Verdrehen des Hohlteilrads H2 innerhalb der durch die Ausnehmung 17 vorgegebenen Grenzen ermöglicht ist.
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In dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Einstellelement 15 in dem Gehäuseteil G3 angeordnet, derart, dass ein erstes Ende des Einstellelements 15 von außen zugänglich ist und das zweite Element in die Ausnehmung 17 des Gehäuseteils G3 ragt und dabei als Druckelement auf die Anformung 16 wirkt, und so ein Verlagern des ersten Hohlteilrades H1 relativ zu dem zweiten Hohlteilrad H2 zu bewirken. Insbesondere ist das Einstellelement 15 dabei im Wesentlichen tangential zu dem Hohlteilrad H2 angeordnet. Das Federelement F, insbesondere eine Druckfeder, ist dabei vorteilhafterweise im Bereich des zweiten Endes des Einstellelements 15 angeordnet. Hierdurch ist vorteilhafterweise ein sich selbst nachstellendes Planetengetriebe realisiert, welches einer verschleißbedingten Spielbildung durch Nachstellen entgegenwirkt. Das Einstellelement 15 kann insbesondere als Schraubbolzen ausgebildet sein. Insbesondere zum erstmaligen Einstellen der Spielfreiheit des Planetengetriebes 10 weist das erste Ende des Einstellelements 15 vorteilhafterweise einen Eingriff für ein Werkzeug auf, beispielsweise einen Innensechskant, wobei vorzugsweise durch entsprechendes Drehen des Einstellelementes 15 um dessen Längserstreckungsachse und ein damit verbundenes Eindrehen oder Ausdrehen des Einstellelements das Einstellen des Spiels ermöglicht wird. So drückt ein Eindrehen des Einstellelements 15 in dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel die Anformung 16 nach unten und verdreht damit das zweite Hohlteilrad H2 gegenüber dem ersten Hohlteilrad H1 im Uhrzeigersinn.
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Das spielfreie Planetengetriebe 10 gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel beruht insofern darauf, dass das klassische Design eines Planetengetriebes mit einem einteiligen Hohlrad, drei jeweils einteiligen Planetenrädern und einem einteiligen Sonnenrad quasi um eine zweite Ebene in derselben Planetengetriebestufe erweitert ist und lediglich das Sonnenrad S weiterhin einteilig ausgebildet ist. Hierdurch weist das Planetengetriebe im Prinzip ein weiteres Hohlrad, nämlich ein erstes Hohlteilrad H1 und ein zweites Hohlteilrad H2, auf sowie zusätzliche Planetenräder gleicher Anzahl, nämlich jeweils ein erstes Planetenteilrad ZA1, ZB1, ZC1 und ein zweites Planetenteilrad ZA2, ZB2, ZC2. Diese Bauteile der zweiten Ebene, also die zweiten Planetenteilräder ZA2, ZB2, ZC2 sowie das zweite Hohlteilrad H2, lassen sich mittels des Einstellelements 15, welches am zweiten Hohlteilrad H2 von außen angreift, verdrehen. Dadurch verdrehen die zweiten Planetenteilräder ZA2, ZB2, ZC2 und das zweite Hohlteilrad H2 auf der zweiten Ebene relativ zu den ersten Planetenteilrädern ZA1, ZB1, ZC1 und dem ersten Hohlteilrad H1 auf der ersten Ebene, bis diese sich an das gemeinsame, einteilige Sonnenrad annähern und dort anstehen, sodass das Verdrehspiel vorteilhafterweise eliminiert wird.
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Um zu verhindern, dass durch Abnützung wieder Spiel entsteht, ist vorteilhafterweise im Einstellelement 15 ein Federelement F integriert, welches das zweite Hohlteilrad H2 durch die wirkende Federkraft immer vorspannt, wodurch dieses im Fall von Abnützung nachstellt und so weiterhin Spielfreiheit realisiert wird.
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In 5 ist in einer perspektivischen Darstellung ein Feedback-Aktuator 4 gezeigt, welcher insbesondere entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ausgebildet sein kann. Dabei sind in 5 der Elektromotor 7 und das Planetengetriebe 10 als das drehmomenterzeugende Mittel des Feedback-Aktuators 4 dargestellt. Bei der Darstellung gemäß 5 ist zu erkennen, dass das Sonnenrad S des Planetengetriebes 10 einstückig mit einer Rotationsachse L ausgebildet ist. Die drei Planetenräder weisen jeweils ein erstes Planetenteilrad ZA1, ZB1, ZC1 und ein zweites Planetenteilrad ZA2, ZB2, ZC2 auf und das Hohlrad weist ein erstes Hohlteilrad H1 und ein zweites Hohlteilrad H2 auf. Das Hohlrad, und somit das erste Hohlteilrad H1 und das zweite Hohlteilrad H2, ist dabei von dem Gehäuseelement G3 umschlossen. Das Gehäuseelement G3 weist dabei, wie bereits unter Bezugnahme auf 4 erläutert, eine Ausnehmung 17 auf. In diese Ausnehmung 17 ragt eine Anformung 16 des zweiten Hohlteilrades H2 (in 5 nicht sichtbar), wobei die Abmessungen der Anformung 16 geringer sind als die Abmessungen der Ausnehmung 17, sodass eine gewisse Verdrehbarkeit des zweiten Hohlteilrades H2 gegeben ist. Zudem ragt in die Ausnehmung 17 über deren Länge passgenau eine Anformung 18 des ersten Hohlteilrades H1, wobei die Abmessungen der Länge der Anformung 18 der Abmessung der Länge der Ausnehmung 17 entspricht, sodass das erste Hohlteilrad H1 ortsfest in Bezug auf das Gehäuseteil G3 gelagert ist. Ein relatives Verdrehen des zweiten Hohlteilrades H2 gegenüber dem ersten Hohlteilrad wird dabei insbesondere auf die in Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 erläuterten Weise über ein als Druckelement ausgebildetes Einstellelement 15.
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6 bis 8 zeigen eine vorteilhafte Ausgestaltung für ein Planetengetriebe 10 mit einem Sonnenrad, drei Planetenrädern und einem Hohlrad, wobei das Planetengetriebe 10 mechanisch mit einer Lenkwelle 2 in Eingriff steht. Das Planetengetriebe 10 ist dabei ein spielfreies, sich selbst nachstellendes Planetengetriebe, welches einer verschleißbedingten Spielbildung durch Nachstellen entgegenwirkt.
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In 6 bis 8 ist dabei eine über Wälzlager 11 drehbar gelagerte Lenkwelle 2 dargestellt. Die Lenkwelle 2 umfasst dabei ein Anbindungselement 21, über welches die Lenkwelle 2 mechanisch mit den Planetenrädern gekoppelt ist, wobei die Achsenden der Achsen 31, 32, 33 der Planetenräder beziehungsweise der Planetenteilräder ZA1, ZA2, ZB1, ZB2, ZC1, ZC2 von dem Anbindungselement 21 aufgenommen sind. Das Planetengetriebe 10 umfasst ein das Hohlrad umschließendes Gehäuseelement G3 mit einer Ausnehmung 17, insbesondere wie bereits unter Bezugnahme auf die vorhergehenden Figuren erläutert, sodass in 6 das erste Hohlteilrad H1 und das zweite Hohlteilrad H2 nicht sichtbar sind. Aus diesem Grund wurde in 7 das Gehäuseelement G3 nicht dargestellt. Hierdurch sind in 7 das erste Hohlteilrad H1 und das zweite Hohlteilrad H2 zu erkennen. Das erste Hohlteilrad H1 und das zweite Hohlteilrad H2 weisen dabei jeweils eine Anformung 18, 16 auf. Die Anformung 18 des ersten Hohlteilrades H1 ist dabei so ausgebildet ist, dass diese in die Ausnehmung 17 des Gehäuseelements 17 derart eingreift, dass ein Verdrehen des ersten Hohlteilrades H1 gegenüber dem Gehäuseelement G3 ausgeschlossen ist. Die Anformung 16 des zweiten Hohlteilrades H2 ist dagegen so ausgebildet, dass diese in die Ausnehmung 17 ragt und dabei ein Bewegungsraum verbleibt, der ein Verdrehen des zweiten Hohlteilrades H2 relativ zu dem Gehäuseelement G3 und damit auch relativ zu dem ersten Hohlteilrad H1 ermöglicht. Des Weiteren ist die Anformung 16 derart ausgebildet, dass diese eine Einwirkfläche 16A aufweist, auf welche mit dem das Federelement F umfassenden Einstellelement 15 zur Einstellung des Spiels des Planetengetriebes 10 eingewirkt wird.
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Da in 7 das erste Hohlteilrad H1 und das zweite Hohlteilrad H2 die Planetenräder und das Anbindungselement 21 der Lenkwelle verdecken, ist in 8 das Planetengetriebe 10 ohne Hohlteilräder H1, H2 und ohne Gehäuseelement G3 dargestellt. Hierdurch sind in 8 die Planetenteilräder ZB1, ZB2, ZC1, ZC2 der Planetenräder des Planetengetriebes 10 sichtbar. Darüber hinaus ist in 8 zu erkennen, dass das Anbindungselement 21 zwei parallel zueinander angeordnete kreisförmige Flächen aufweist, in welchen die Achsen 31, 32, 33 der Planetenräder angeordnet sind, wobei diese kreisförmigen Flächen über die Verbindungsabschnitte 21S miteinander verbunden sind. Auf diese Weise wird die Drehbewegung der Planetenräder auf die Lenkwelle 2 übertragen. Das Hohlrad ist dabei feststehend. Die Verbindungsabschnitte 21S durchragen dabei die Zwischenräume zwischen den Planetenrädern.
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Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksystem
- 2
- Lenkwelle
- 21
- Anbindungselement der Lenkwelle (2) zur Anbindung der Lenkwelle (2) an die Planetenräder
- 21S
- Verbindungsabschnitt des Anbindungselements (21)
- 3
- Lenkmittel
- 4
- Feedback-Aktuator
- 5
- Lenksteller
- 6
- Rad
- 7
- Elektromotor
- 71
- Welle des Elektromotors (7)
- 8
- Befestigungsmittel
- 9
- Spurstange
- 10
- Planetengetriebe
- 11
- Wälzlager
- 12
- Kugelgewindespindel
- 15
- Einstellelement
- 16
- Anformung des zweiten Hohlteilrades (H2)
- 16A
- Einwirkfläche der Anformung (16)
- 17
- Ausnehmung in dem Gehäuseteil (G3)
- 18
- Anformung des ersten Hohlteilrades (H1)
- 31
- Achse des ersten Planetenrades
- 32
- Achse des zweiten Planetenrades
- 33
- Achse des dritten Planentenrades
- 60
- Fahrbahn
- S
- Sonnenrad
- ZA1
- erstes Planetenteilrad des ersten Planetenrades
- ZA2
- zweites Planetenteilrad des ersten Planetenrades
- ZB1
- erstes Planetenteilrad des zweiten Planetenrades
- ZB2
- zweites Planetenteilrad des zweiten Planetenrades
- ZC1
- erstes Planetenteilrad des dritten Planetenrades
- ZC2
- zweites Planetenteilrad des dritten Planetenrades
- H1
- erstes Hohlteilrad des Hohlrades
- H2
- zweites Hohlteilrad des Hohlrades
- G
- Gehäuse
- G1
- erstes Gehäuseteil des Gehäuses (G)
- G2
- zweites Gehäuseteil des Gehäuses (G)
- G3
- drittes Gehäuseteil des Gehäuses (G)
- F
- Federelement
- L
- Rotationsachse des Sonnenrades (S)
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015015147 A1 [0002]
- DE 102015015148 A1 [0002]
- WO 087/06671 A1 [0009]
- DE 3738607 A1 [0009]
- DE 102016006602 A1 [0009]
- EP 1236929 A1 [0009]
- EP 2268939 B1 [0009]
- EP 2735767 B1 [0009]
