DE102022101974A1

DE102022101974A1 - Actuator for steering unit

Info

Publication number: DE102022101974A1
Application number: DE102022101974.8A
Authority: DE
Inventors: Marko Treczka
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-01-28
Filing date: 2022-01-28
Publication date: 2023-08-03

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator (1, 15) für eine Lenkeinheit (14, 16) eines Fahrzeugs, aufweisend: eine Antriebseinheit (2), die dazu eingerichtet ist, ein Drehmoment auszugeben, und ein Riemengetriebe (3), aufweisend ein Antriebsritzel (6), ein Riemenrad (7) und einen Riemen (8, 12), wobei das Antriebsritzel (6) und das Riemenrad (7) über den Riemen (8) drehmomentübertragend gekoppelt sind, wobei das Antriebsritzel (6) ferner mit der Antriebseinheit (2) drehmomentübertragend gekoppelt ist, und das Riemenrad (7) ferner dazu eingerichtet ist, mit der Lenkeinheit (14, 16) gekoppelt zu sein, wobei das Riemenrad (7) als ein Hohlrad (9) mit einer Innenverzahnung (10) ausgebildet ist, und die Innenverzahnung (10) mit dem Riemen (8, 12) in Verzahnungseingriff ist. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Lenkeinheit (14, 16) für ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Aktuator (1, 15).The invention relates to an actuator (1, 15) for a steering unit (14, 16) of a vehicle, comprising: a drive unit (2), which is set up to output a torque, and a belt drive (3), comprising a drive pinion (6 ), a belt wheel (7) and a belt (8, 12), the drive pinion (6) and the belt wheel (7) being coupled in a torque-transmitting manner via the belt (8), the drive pinion (6) also being connected to the drive unit (2 ) is coupled in a torque-transmitting manner, and the belt wheel (7) is also set up to be coupled to the steering unit (14, 16), the belt wheel (7) being designed as a ring gear (9) with internal teeth (10), and the internal teeth (10) are in meshing engagement with the belt (8, 12). The invention also relates to a steering unit (14, 16) for a vehicle with an actuator (1, 15) according to the invention.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator, insbesondere einen Force-Feedback-Aktuator, für eine Lenkeinheit eines Fahrzeugs, sowie eine Lenkeinheit für ein Fahrzeug mit einem solchen Aktuator.The present invention relates to an actuator, in particular a force feedback actuator, for a steering unit of a vehicle, and a steering unit for a vehicle with such an actuator.

Stand der TechnikState of the art

Aktuatoren werden in Lenkeinheiten für Fahrzeuge unter anderem dazu eingesetzt, einen Kraftaufwand für einen Fahrer des Fahrzeugs bei der Durchführung einer Lenkbewegung zu reduzieren. Solche Lenkeinheiten werden umgangssprachlich auch als Servolenkung bezeichnet. Ferner sind im Stand der Technik sogenannte steer-by-wire-Lenkeinheiten bekannt. Steer-by-wire-Lenkeinheiten weisen keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den zu lenkenden Rädern, wie bspw. durch eine Lenksäule, mehr auf. In solchen steer-by-wire-Lenkeinheiten werden Aktuatoren dazu verwendet, das Lenkgefühl für den Fahrer künstlich zu erzeugen. Hierfür sind insbesondere die Spielfreiheit sowie geringe Drehmomentschwankungen in den Aktuatoren von Bedeutung, um das künstlich erzeugte Lenkgefühl „natürlich“ wirken zu lassen.Actuators are used in steering units for vehicles, among other things, to reduce the effort required by a driver of the vehicle when performing a steering movement. Such steering units are colloquially referred to as power steering. Furthermore, so-called steer-by-wire steering units are known in the prior art. Steer-by-wire steering units no longer have a mechanical connection between the steering wheel and the wheels to be steered, such as by a steering column. In such steer-by-wire steering units, actuators are used to artificially generate the steering feel for the driver. The freedom from play and low torque fluctuations in the actuators are particularly important for this in order to make the artificially generated steering feel "natural".

Es hat sich nunmehr herausgestellt, dass ein weiterer Bedarf besteht, einen bekannten Aktuator für eine Lenkeinheit eines Fahrzeugs zu verbessern. Insbesondere besteht ein weiterer Bedarf, einen Aktuator für eine Lenkeinheit eines Fahrzeugs bereitzustellen, der bauraumsparend montierbar ist, und ein für den Fahrer als natürlich bzw. authentisch empfundenes Lenkgefühl erzeugt.It has now been found that there is a further need to improve a known actuator for a steering unit of a vehicle. In particular, there is a further need to provide an actuator for a steering unit of a vehicle that can be mounted in a space-saving manner and that generates a steering feel that the driver feels is natural or authentic.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Aktuator für eine Lenkeinheit eines Fahrzeugs bereitzustellen, insbesondere einen Aktuator für eine Lenkeinheit eines Fahrzeugs bereitzustellen, der bauraumsparend montierbar ist, und ein für den Fahrer als natürlich bzw. authentisch empfundenes Lenkgefühl erzeugt.Against this background, it is an object of the present invention to provide an improved actuator for a steering unit of a vehicle, in particular to provide an actuator for a steering unit of a vehicle that can be installed in a space-saving manner and generates a steering feel that the driver feels is natural or authentic.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.These and other objects that may be mentioned or recognized by a person skilled in the art upon reading the following description are solved by the subject-matters of the independent claims. Advantageous embodiments and developments can be found in the dependent claims and the following description.

Der erfindungsgemäße Aktuator, insbesondere ein Force-Feedback-Aktuator, für eine Lenkeinheit eines Fahrzeugs weist eine Antriebseinheit und ein Riemengetriebe auf. Die Antriebseinheit, insbesondere ein Elektromotor, ist dazu eingerichtet, ein Drehmoment auszugeben. Das Riemengetriebe weist ein Antriebsritzel, ein Riemenrad und einen Riemen, insbesondere einen Zahnriemen, auf, wobei das Antriebsritzel und das Riemenrad über den Riemen drehmomentübertragend gekoppelt sind. Dabei ist das Antriebsritzel ferner mit der Antriebseinheit drehmomentübertragend gekoppelt, und das Riemenrad ist ferner dazu eingerichtet, mit der Lenkeinheit gekoppelt zu sein. Dabei ist das Riemenrad als ein Hohlrad mit einer Innenverzahnung ausgebildet, und die Innenverzahnung ist mit dem Riemen in Verzahnungseingriff.The actuator according to the invention, in particular a force feedback actuator, for a steering unit of a vehicle has a drive unit and a belt drive. The drive unit, in particular an electric motor, is set up to output a torque. The belt drive has a drive pinion, a belt wheel and a belt, in particular a toothed belt, with the drive pinion and the belt wheel being coupled in a torque-transmitting manner via the belt. In this case, the drive pinion is also coupled to the drive unit in a torque-transmitting manner, and the pulley is also set up to be coupled to the steering unit. The belt wheel is designed as a ring gear with internal teeth, and the internal teeth mesh with the belt.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass das Riemengetriebe es ermöglicht, ein Leistungskennfeld der Antriebseinheit auf ein Leistungskennfeld einer typischen Lenkbewegung zu übertragen. Insbesondere ermöglicht das Riemengetriebe hohe Untersetzungen des von der Antriebseinheit erzeugten Drehmoments. Der Riemen besitzt elastische, und somit schwingungsdämpfende Eigenschaften, insbesondere ist der Riemen als ein halbelastischer Riemen ausgebildet. Dadurch kann eine Übertragung von Drehmomentschwankungen, insbesondere Drehmomentspitzen, der Antriebseinheit auf das Riemenrad, und somit auf die Lenkeinheit, durch den Riemen reduziert werden.The advantage of the solution according to the invention lies in particular in the fact that the belt drive makes it possible to transfer a performance map of the drive unit to a performance map of a typical steering movement. In particular, the belt drive enables high reductions in the torque generated by the drive unit. The belt has elastic and thus vibration-damping properties, in particular the belt is designed as a semi-elastic belt. As a result, the transmission of torque fluctuations, in particular torque peaks, from the drive unit to the belt wheel, and thus to the steering unit, can be reduced by the belt.

Ferner ermöglichen die elastischen Eigenschaften des Riemens einen elastischen Verzahnungseingriff zwischen dem Riemen und dem Antriebsritzel bzw. zwischen dem Riemen und dem Riemenrad. Dadurch ist der Verzahnungseingriff frei von einem Flankenspiel, wodurch die Haptik, also die haptische Wahrnehmung des von dem Aktuator künstlich erzeugten Lenkgefühls bzw. der damit einhergehenden Lenkbewegung verbessert ist. Darüber hinaus ermöglich der Riemen es, hochfrequente Schwingungen zu dämpfen.Furthermore, the elastic properties of the belt allow an elastic meshing engagement between the belt and the drive pinion or between the belt and the pulley. As a result, the toothing engagement is free of backlash, which improves the haptics, ie the haptic perception of the steering feel artificially generated by the actuator or the steering movement associated therewith. In addition, the belt makes it possible to dampen high-frequency vibrations.

Gemäß einer Ausführungsform ist ein Innendurchmesser, insbesondere ein Zahnkopfdurchmesser, des Hohlrads größer als ein Außendurchmesser, insbesondere ein Zahnkopfdurchmesser, des Antriebsritzels. Weiter insbesondere ist das Antriebsritzel innerhalb des als Hohlrad ausgebildeten Riemenrads, insbesondere im Wesentlichen konzentrisch zum Riemenrad angeordnet. Durch die Anordnung des Antriebsritzels innerhalb des als Hohlrad ausgebildeten Riemenrads ist der für das Riemengetriebe erforderliche Bauraum reduziert und ermöglicht somit einen lenkradnahen, bauraumsparenden Einbau. Dadurch ist es ferner möglich, die Lenkeinheit mit dem Aktuator bauraumsparend zu montieren.According to one embodiment, an inner diameter, in particular a tooth tip diameter, of the ring gear is larger than an outer diameter, in particular a tooth tip diameter, of the drive pinion. Furthermore, in particular, the drive pinion is arranged within the belt wheel designed as a ring gear, in particular essentially concentrically to the belt wheel. By arranging the drive pinion within the belt wheel designed as a ring gear, the installation space required for the belt drive is reduced and thus enables space-saving installation close to the steering wheel. This also makes it possible to mount the steering unit with the actuator in a space-saving manner.

Gemäß einer Ausführungsform weist das Riemengetriebe ferner zumindest ein Führungselement auf, das dazu eingerichtet ist, den Riemen, von dem Antriebsritzel kommend, umzulenken und in die Innenverzahnung des Hohlrads zu drücken. Dadurch wird ein Überspringen des Riemens gegenüber der Hohlradverzahnung zuverlässig verhindert.According to one embodiment, the belt drive also has at least one guide element which is set up to deflect the belt coming from the drive pinion and to press it into the internal toothing of the ring gear. This reliably prevents the belt from skipping over the ring gear teeth.

Gemäß einer Ausführungsform ist das zumindest eine Führungselement als ein Gleitelement ausgebildet, das im Wesentlichen dreh- und axialfest angeordnet ist und eine Gleitfläche zur Führung des Riemens aufweist. Das Gleitelement kann bspw. als ein Gleitschuh oder als eine Gleitbuchse ausgebildet sein, und weist insbesondere eine an den Riemen und die durch das Hohlrad vorbestimmte erforderliche Riemenführung angepasst gekrümmte Gleitoberfläche, entlang derer der Riemen von dem Antriebsritzel kommen in den Verzahnungseingriff mit der Innenverzahnung des Hohlrads gedrückt wird.According to one embodiment, the at least one guide element is designed as a sliding element, which is arranged essentially rotationally and axially fixed and has a sliding surface for guiding the belt. The sliding element can be designed, for example, as a sliding shoe or as a sliding bush, and in particular has a curved sliding surface adapted to the belt and the required belt guidance predetermined by the ring gear, along which the belt from the drive pinion comes into toothing engagement with the internal toothing of the ring gear is pressed.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zumindest eine Führungselement als ein Wälzlager ausgebildet. Das Wälzlager kann bspw. eins ein Kugellager ausgebildet sein, wobei ein Innenring des Wälzlagers dreh- und axialfest angeordnet ist, und eine Außenumfangsfläche eines Außenrings des Wälzlagers als Führungsfläche für den Riemen dient und relativ zum Innenring entsprechend einer Geschwindigkeit des Riemens rotiert. Das Wälzlager ist derart angeordnet, dass der Riemen von der Außenumfangsfläche des Außenrings in den Verzahnungseingriff mit der Innenverzahnung des Hohlrads gedrückt wird.According to a further embodiment, the at least one guide element is designed as a roller bearing. The roller bearing can, for example, be a ball bearing, with an inner ring of the roller bearing being arranged in a rotationally and axially fixed manner, and an outer peripheral surface of an outer ring of the roller bearing serving as a guide surface for the belt and rotating relative to the inner ring according to a speed of the belt. The rolling bearing is arranged such that the belt is pressed by the outer peripheral surface of the outer ring into meshing engagement with the internal teeth of the ring gear.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Riemen aus einem faserverstärkten, zumindest teilelastischen Kunststoff, insbesondere aus einem faserverstärkten elastischen Kunststoff hergestellt. Unter dem Begriff „elastischer Kunststoff“ sind Kunststoffe sowie Kunststoffgemische zu verstehen, die elastische Fähigkeiten aufweisen, die elastomerartig, d.h., ähnlich zu den elastischen Eigenschaften eines Elastomers, sind. Insbesondere können als Verstärkungsfasern sogenannte Endlosfasern verwendet werden. Weiter insbesondere können die Verstärkungsfasern aus Glas, also als Glasfasern, ausgebildet sein. Der Kunststoff oder das Kunststoffgemisch, in dem die Verstärkungsfasern aufgenommen sind, wird auch als Matrix bezeichnet. Als Matrix können bspw. Kautschuke, insbesondere EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuke) eingesetzt werden. Der Matrixwerkstoff verleiht dem Riemen seine elastischen Eigenschaften während die Verstärkungsfasern für eine ausreichende Zugfestigkeit sorgen.According to one embodiment, the belt is made from a fiber-reinforced, at least partially elastic plastic, in particular from a fiber-reinforced, elastic plastic. The term "elastic plastic" is understood to mean plastics and plastic mixtures that have elastic properties that are elastomer-like, i.e. similar to the elastic properties of an elastomer. In particular, so-called endless fibers can be used as reinforcing fibers. More particularly, the reinforcing fibers can be made of glass, ie glass fibers. The plastic or the plastic mixture in which the reinforcing fibers are incorporated is also referred to as the matrix. Rubbers, in particular EPDM (ethylene-propylene-diene rubbers), for example, can be used as the matrix. The matrix material gives the belt its elastic properties, while the reinforcing fibers ensure sufficient tensile strength.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Riemenrad aus einem Kunststoff, aus einem Sintermetall oder aus Aluminium hergestellt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Antriebsritzel aus einem Kunststoff, aus einem Sintermetall oder aus Aluminium hergestellt. Der Begriff Aluminium umfasst hier Aluminium sowie Aluminiumlegierungen. Riemenräder aus Kunststoff haben ein vergleichsweise geringes Eigengewicht, und sind bereits ab kleinen Stückzahlen einfach sowie kostengünstig herstellbar. Riemenräder aus Sinterwerkstoffen weisen ebenfalls ein vergleichsweise geringes Eigengewicht auf. Darüber hinaus besitzen sie eine bessere Dauerhaltbarkeit als Kunststoffe, insbesondere in Bezug auf Festigkeit und Verschleiß. Riemenräder aus Sinterwerkstoffen sind in großen Stückzahlen kostengünstig fertigbar. Aluminium ist ein leicht zu spanender Werkstoff, weshalb die Herstellung des Riemenrads aus Aluminium bereits ab kleinen Stückzahlen einfach und kostengünstig ist.According to one embodiment, the belt wheel is made of a plastic, a sintered metal or aluminum. According to a further embodiment, the drive pinion is made of a plastic, a sintered metal or aluminum. The term aluminum here includes aluminum and aluminum alloys. Belt wheels made of plastic have a comparatively low dead weight and can be produced easily and inexpensively even in small quantities. Pulleys made of sintered materials also have a comparatively low dead weight. In addition, they have better durability than plastics, especially in terms of strength and wear. Pulleys made of sintered materials can be manufactured in large quantities at low cost. Aluminum is a material that is easy to machine, which is why the manufacture of the belt pulley from aluminum is simple and inexpensive, even in small quantities.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Lenkeinheit für ein Fahrzeug. Die Lenkeinheit weist eine Lenkwelle, ein Lenkrad und einen erfindungsgemäßen, insbesondere wie vorstehend und nachfolgend beschriebenen, Aktuator auf. Das Lenkrad ist drehmomentübertragend mit einem axialen Ende der Lenkwelle gekoppelt, und das Riemenrad des Aktuators ist drehmomentübertragend mit der Lenkwelle, insbesondere ein anderes axiales Ende der Lenkwelle, gekoppelt.Another aspect of the invention relates to a steering unit for a vehicle. The steering unit has a steering shaft, a steering wheel and an actuator according to the invention, in particular as described above and below. The steering wheel is torque-transmittingly coupled to one axial end of the steering shaft, and the pulley of the actuator is torque-transmittingly coupled to the steering shaft, specifically another axial end of the steering shaft.

So wird das von dem Aktuator erzeugte Drehmoment während einer Lenkbewegung des Fahrers auf die Lenkwelle übertragen, und somit über das Lenkrad von dem Fahrer als ein Lenkmoment wahrgenommen.The torque generated by the actuator is thus transmitted to the steering shaft during a steering movement by the driver and is thus perceived by the driver as a steering torque via the steering wheel.

Figurenlistecharacter list

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Aktuators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Längsschnittansicht,
2 eine schematische Darstellung eines Riemengetriebes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Querschnittsansicht, und
3 eine schematische Darstellung einer Lenkeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Further measures improving the invention are presented in more detail below together with the description of a preferred exemplary embodiment of the invention with reference to the figures. It shows:

1 a schematic representation of an actuator according to an embodiment of the invention in a longitudinal sectional view,
2 a schematic representation of a belt transmission according to an embodiment of the invention in a cross-sectional view, and
3 a schematic representation of a steering unit according to an embodiment of the invention.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.The figures are only of a schematic nature and serve only to understand the invention. The same elements are provided with the same reference numbers.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Aktuators 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung in einem Längsschnitt. Der Aktuator 1 weist eine Antriebseinheit 2 und ein Riemengetriebe 3 auf. Die Antriebseinheit 2 ist hier beispielhaft als ein Elektromotor 4 ausgebildet. Die Antriebseinheit ist dazu eingerichtet ein Drehmoment zu erzeugen, und über eine Ausgangswelle 5 auszugeben. 1 shows a schematic representation of an actuator 1 according to an exemplary embodiment of the invention in a longitudinal section. The actuator 1 has a drive unit 2 and a belt drive 3 . The drive unit 2 is embodied as an electric motor 4 here, for example. The drive unit is set up to generate a torque and to output it via an output shaft 5 .

Das Riemengetriebe 3 weist ein Antriebsritzel 6, ein Riemenrad 7 und einen Riemen 8 auf, wobei das Antriebsritzel 6 und das Riemenrad 7 über den Riemen 8 drehmomentübertragend gekoppelt sind (siehe auch 2). Das Antriebsritzel 6 ist dreh- und axialfest mit der Ausgangswelle 5 der Antriebseinheit gekoppelt. In dem in 1 dargestellten beispielhaften Ausführungsform sind das Antriebsritzel 6 und die Ausgangswelle 5 integral einstückig ausgebildet.The belt drive 3 has a drive pinion 6, a belt wheel 7 and a belt 8, with the drive pinion 6 and the belt wheel 7 being coupled in a torque-transmitting manner via the belt 8 (see also 2 ). The drive pinion 6 is coupled to the output shaft 5 of the drive unit in a rotationally and axially fixed manner. in the in 1 illustrated exemplary embodiment, the drive pinion 6 and the output shaft 5 are integrally formed in one piece.

Mit Bezug auf 2, wird das Riemengetriebe nachfolgend näher beschrieben. Das Riemenrad 7 ist als ein Hohlrad 9 ausgebildet und weist eine Innverzahnung 10 auf. Das Antriebsritzel 6 besitzt eine Außenverzahnung 11, und der Riemen 8 ist als ein Zahnriemen 12 ausgebildet. Das Hohlrad 9 weist einen Innendurchmesser bzw. einen Kopfdurchmesser der Innenverzahnung 10 auf, der größer ist als ein Außendurchmesser bzw. ein Kopfdurchmesser der Außenverzahnung 11 des Antriebsritzels 6. Ferner ist das Antriebsritzel 6 innerhalb des Hohlrads 9, in der in 1 und 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform, konzentrisch zum Hohlrad 9, angeordnet.Regarding 2 , the belt drive is described in more detail below. The pulley 7 is designed as a ring gear 9 and has internal teeth 10 . The drive pinion 6 has external teeth 11 and the belt 8 is designed as a toothed belt 12 . The ring gear 9 has an inner diameter or a head diameter of the inner toothing 10 that is larger than an outer diameter or a head diameter of the outer toothing 11 of the drive pinion 6. Furthermore, the drive pinion 6 is inside the ring gear 9, in the 1 and 2 shown exemplary embodiment, concentrically to the ring gear 9, arranged.

Darüber hinaus weist das Riemengetriebe 3 in 1 und 2 zwei Führungselemente 13 auf, die dazu eingerichtet sind, den Riemen 8, von dem Antriebsritzel 6 kommend umzulenken, und somit in den Verzahnungseingriff mit der Innenverzahnung 10 der Hohlrads 9 zu führen. Insbesondere sind die Führungselemente 13 dabei derart angeordnet, dass sie den Riemen 8 in die Innenverzahnung 10 des Hohlrads 9 drücken und so ein Überspringen des Riemens 8 gegenüber der Innenverzahnung 10 zu vermeiden.In addition, the belt drive 3 in 1 and 2 two guide elements 13 which are set up to deflect the belt 8 coming from the drive pinion 6 and thus to lead it into toothing engagement with the internal toothing 10 of the ring gear 9 . In particular, the guide elements 13 are arranged in such a way that they press the belt 8 into the internal toothing 10 of the ring gear 9 and thus prevent the belt 8 from jumping over the internal toothing 10 .

Die Führungselemente 13 können als Gleitelemente ausgebildet sein, die dreh- und axialfest angeordnet sind, und eine an den Riemen 8 angepasste, gekrümmte Gleitoberfläche aufweisen, entlang derer der Riemen 8 im Betrieb des Aktuators 1 gleitet und dabei in den Verzahnungseingriff mit der Innenverzahnung 10 des Hohlrads 9 geführt wird. Alternativ können die Führungselemente 13 als Wälzlager ausgeführt sein, wobei ein Innenring des Wälzlagers dreh- und axialfest angeordnet ist. Der Riemen 8 wird von der sich mit dem Riemen 8 rotierenden Außenumfangsfläche eines Außenrings des Wälzlagers geführt und so in den Verzahnungseingriff mit der Innenverzahnung 10 des Hohlrads 9 geführt.The guide elements 13 can be embodied as sliding elements, which are arranged in a rotationally and axially fixed manner and have a curved sliding surface adapted to the belt 8, along which the belt 8 slides during operation of the actuator 1 and thereby meshes with the internal teeth 10 of the Ring gear 9 is guided. Alternatively, the guide elements 13 can be designed as roller bearings, with an inner ring of the roller bearing being arranged in a rotationally fixed and axially fixed manner. The belt 8 is guided by the outer peripheral surface of an outer ring of the roller bearing, which rotates with the belt 8 , and is thus guided into toothing engagement with the internal toothing 10 of the ring gear 9 .

Das Riemengetriebe 3 ermöglicht es, Drehmomentschwankungen, die an der Ausgangswelle 5 der Antriebseinheit 2 auftreten können, durch den zumindest teilelastischen Riemen 8 zu dämpfen. Ferner sind die Verzahnungseingriffe des Riemens 8 mit der Innenverzahnung 10 bzw. mit der Außenverzahnung 11 durch die elastischen Eigenschaften des Riemens 8 befreit von einem Flankenspiel und somit im Wesentlichen spielfrei. Darüber hinaus ist durch die Ausführung des Riemenrads 7 als ein Hohlrad 9 eine koaxiale Anordnung des Riemenrads 7 und des Antriebsritzels 6 möglich, wodurch das Riemengetriebe 3 sehr kompakt und somit bauraumsparend ist. Dadurch kann der Aktuator 1 für eine Lenkeinheit 14, insbesondere als ein Force-Feedback-Aktuator 15 für eine steer-by-wire-Lenkeinheit 16 eingesetzt werden. Die Lenkeinheit 14, 16 weist neben dem Aktuator 1, 15 eine Lenkwelle 17 und ein Lenkrad 18 auf, wobei das Lenkrad 18 drehmomentfest mit der Lenkwelle 17 gekoppelt ist. Ferner ist der Aktuator 1, 15 drehmomentübertragend mit der Lenkwelle 17 gekoppelt. Insbesondere kann das Riemenrad 7 drehmomentübertragend mit der Lenkwelle 17 gekoppelt sein.The belt transmission 3 makes it possible to dampen torque fluctuations that can occur on the output shaft 5 of the drive unit 2 by means of the at least partially elastic belt 8 . Furthermore, the toothing engagements of the belt 8 with the internal toothing 10 or with the external toothing 11 are freed from backlash by the elastic properties of the belt 8 and are therefore essentially free of play. In addition, by designing the belt wheel 7 as a ring gear 9, a coaxial arrangement of the belt wheel 7 and the drive pinion 6 is possible, as a result of which the belt transmission 3 is very compact and therefore space-saving. As a result, the actuator 1 can be used for a steering unit 14, in particular as a force feedback actuator 15 for a steer-by-wire steering unit 16. In addition to the actuator 1, 15, the steering unit 14, 16 has a steering shaft 17 and a steering wheel 18, the steering wheel 18 being coupled to the steering shaft 17 in a torque-proof manner. Furthermore, the actuator 1, 15 is coupled to the steering shaft 17 in a torque-transmitting manner. In particular, the belt wheel 7 can be coupled to the steering shaft 17 in a torque-transmitting manner.

Die im Wesentlichen flankenspielfreien Verzahnungseingriffe sowie die Fähigkeit, Drehmomentschwankungen der Antriebseinheit 2 zu dämpfen, verbessern das haptische Wahrnehmungsgefühl eines Fahrers, der eine Lenkbewegung an dem Lenkrad 18 durchführt. Darüber hinaus ermöglicht das Riemengetriebe 3 eine hohe Untersetzung des von der Antriebseinheit 2 ausgegebenen Drehmoments.The essentially backlash-free toothing engagements and the ability to dampen torque fluctuations of the drive unit 2 improve the haptic perception of a driver who carries out a steering movement on the steering wheel 18 . In addition, the belt drive 3 enables the torque output by the drive unit 2 to be reduced significantly.

BezugszeichenlisteReference List

11: Aktuatoractuator
22: Antriebseinheitdrive unit
33: Riemengetriebebelt transmission
44: Elektromotorelectric motor
55: Ausgangswelleoutput shaft
66: Antriebsritzeldrive pinion
77: Riemenradpulley
88th: Riemenbelt
99: Hohlradring gear
1010: Innenverzahnunginternal teeth
1111: Außenverzahnungexternal teeth
1212: Zahnriementiming belt
1313: Führungselementguide element
1414: Lenkeinheitsteering unit
1515: Force-Feedback-AktuatorForce Feedback Actuator
1616: steer-by-wire-Lenkeinheitsteer-by-wire steering unit
1717: Lenkwellesteering shaft
1818: Lenkradsteering wheel

Claims

Actuator (1, 15) for a steering unit (14, 16) of a vehicle, comprising: a drive unit (2) set up to output torque, and a belt transmission (3) comprising a drive pinion (6), a pulley (7) and a belt (8, 12), the drive pinion (6) and the pulley (7) being coupled in a torque-transmitting manner via the belt (8), the drive pinion (6) also being coupled in a torque-transmitting manner to the drive unit (2). , And the belt wheel (7) is further adapted to be coupled to the steering unit (14, 16), characterized in that the belt wheel (7) is designed as a ring gear (9) with internal teeth (10), and the Internal teeth (10) with the belt (8, 12) is in meshing engagement.

actuator (1) after claim 1 , wherein an inner diameter of the ring gear (9) is larger than an outer diameter of the drive pinion (6).

actuator (1) after claim 1 or 2 , wherein the drive pinion (6) is arranged substantially concentrically to the ring gear (9).

Actuator (1) according to one of Claims 1 until 3 , wherein the belt transmission (3) also has at least one guide element (13) which is adapted to deflect the belt (8, 12) and to press it into the internal toothing (10) of the ring gear (9).

actuator (1) after claim 4 , wherein the at least one guide element (13) is designed as a sliding element which is arranged substantially rotationally and axially fixed and has a sliding surface.

actuator (1) after claim 4 , wherein the at least one guide element (13) is designed as a roller bearing.

Actuator (1) according to one of Claims 1 until 6 , wherein the belt (8, 12) is made of a fiber-reinforced, at least partially elastic plastic or plastic mixture.

Actuator (1) according to one of Claims 1 until 7 , wherein the belt wheel (9) is made of a plastic, a sintered metal or aluminum.

Actuator (1) according to one of Claims 1 until 8th , wherein the drive pinion (6) is made of a plastic, a sintered metal or aluminum.

Steering unit (14, 16) for a vehicle, comprising: a steering shaft (17), a steering wheel (18) which is torque-transmittingly coupled to an axial end of the steering shaft (17), and an actuator (1, 15) according to any one of Claims 1 until 9 , wherein the pulley (7) is coupled in a torque-transmitting manner to the steering shaft (17).