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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkwinkelbegrenzungseinheit für eine Lenkeinheit, insbesondere eine steer-by-wire-Lenkeinheit und eine Lenkeinheit, insbesondere eine steer-by-wire-Lenkeinheit mit einer solchen Lenkwinkelbegrenzungseinheit.
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Stand der Technik
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Lenkeinheiten für Fahrzeuge sind im Stand der Technik hinreichend bekannt. Es gibt Lenkeinheiten, bei denen eine Lenkeinrichtung, wie bspw. ein Lenkrad, mechanisch mit den zu lenkenden Rädern gekoppelt ist sowie sogenannte steer-by-wire-Lenkeinheiten, die keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den zu lenkenden Rädern aufweisen. Hierbei ist es üblich, einen Lenkwinkel der Räder zu begrenzen, indem eine Lenkwinkelbegrenzungseinheit vorgesehen ist, die eine Drehung des Lenkrads begrenzt. Üblicherweise wird die Lenkwinkelbegrenzungseinheit über einen Kugelgewindetrieb realisiert, der in axialer Richtung auf beiden Seiten durch Endanschläge begrenzt wird und so eine vorbestimmte, begrenzte Umdrehung des Lenkrads ermöglicht.
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Es hat sich nunmehr herausgestellt, dass ein weiterer Bedarf besteht, eine bekannte Lenkwinkelbegrenzungseinheit für eine Lenkeinheit zu verbessern. Insbesondere besteht ein weiterer Bedarf, eine Lenkwinkelbegrenzungseinheit für eine Lenkeinheit bereitzustellen, die bauraumsparend montierbar ist, und/oder kostengünstig herstellbar ist.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Lenkwinkelbegrenzungseinheit für eine Lenkeinheit bereitzustellen, insbesondere eine Lenkwinkelbegrenzungseinheit für eine Lenkeinheit bereitzustellen, die bauraumsparend montierbar ist, und/oder kostengünstig herstellbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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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.
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Die erfindungsgemäße Lenkwinkelbegrenzungseinheit für eine Lenkeinheit, insbesondere eine steer-by-wire-Lenkeinheit, weist ein Sonnenrad, ein Hohlrad und zumindest drei Planetenräder auf. Das Sonnenrad, das eine Außenverzahnung aufweist, ist dazu eingerichtet, dreh- und axialfest mit einer Lenkwelle der Lenkeinheit verbunden zu sein. Das Hohlrad, das eine Innenverzahnung aufweist, ist im Wesentlichen konzentrisch zu und radial außerhalb von dem Sonnenrad angeordnet, und die zumindest drei Planetenräder, die jeweils eine Außenverzahnung aufweisen, sind über einen Planetenradkäfig positionsfest, aber um ihre jeweilige Rotationsachse rotierbar zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad, insbesondere im Wesentlichen über den Umfang gleichverteilt derart angeordnet, dass jedes der zumindest drei Planetenräder mit dem Sonnenrad und mit dem Hohlrad in Zahneingriff ist. Dabei weist das Hohlrad an einem Außendurchmesser ein radial nach außen vorstehendes Drehwinkelbegrenzungselement auf, das dazu eingerichtet ist, einen Lenkwinkel der Lenkeinrichtung, insbesondere in beide Drehrichtungen, zu begrenzen.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass die Lenkwinkelbegrenzungseinheit in axialer Richtung einen geringen Bauraumbedarf aufweist, also axial kurzbauend ist. Somit ist in axialer Richtung mehr Platz für axiale Verfahrwege, Schlitten oder eine Teleskopwelle verfügbar. Ferner kann das Planetengetriebe, das durch das Sonnenrad, das Hohlrad und die zumindest drei Planetenräder mit dem Planetenradkäfig gebildet wird, im Wesentlichen als Gleichteile verbaut werden, solange ein Durchmesser des Sonnenrads unverändert bleibt. Dadurch können die Kosten für die Lenkwinkelbegrenzungseinheit reduziert werden. Die Lenkwinkelbegrenzungseinheit wird insbesondere in Fahrzeugen mit einer steer-by-wire-Lenkeinheit eingesetzt. Darüber hinaus kann über das Planetengetriebe eine Übersetzung definiert werden, die eine Umdrehung des Hohlrads, und somit des Drehwinkelbegrenzungselements, in radialer Richtung auf einen vorbestimmten Wert, bspw. eine Umdrehung, begrenzt.
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Mit anderen Worten kann man sagen, dass die Lenkwinkelbegrenzungseinheit es ermöglicht, durch das jeweilige Übersetzungsverhältnis und die Positionierung des Drehwinkelbegrenzungselements an dem Hohlrad der Lenkwinkel individuell eingestellt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Lenkwinkelbegrenzungseinheit ferner zumindest einen positionsfesten, also feststehenden, Begrenzungsanschlag auf, der dazu eingerichtet ist, eine Bewegung, insbesondere eine Drehbewegung, des Drehwinkelbegrenzungselements, in zumindest eine Drehrichtung, insbesondere in beide Drehrichtungen, zu begrenzen. Der Begrenzungsanschlag kann bspw. an einem Gehäuse der Lenkwelle ausgebildet und derart positioniert sein, dass das Drehwinkelbegrenzungselement bei einer Umdrehung des Hohlrads mit dem Begrenzungsanschlag in Kontakt kommt und so die Drehbewegung des Hohlrads, und somit des Lenkrads der Lenkeinheit, in Umfangsrichtung begrenzt. Beispielsweise kann ein Begrenzungsanschlag derart symmetrisch angeordnet sein, dass die Drehbewegung des Drehwinkelbegrenzungselements in beide Drehrichtungen auf den gleichen vorbestimmten Verdrehweg begrenzt ist. Alternativ können beispielsweise auch zwei Begrenzungsanschläge vorgesehen sein, die beabstandet zueinander, und symmetrisch zur einer Symmetrieachse des Hohlrads mit dem Drehwinkelbegrenzungselement angeordnet sind. Dadurch kann der Verdrehweg im Vergleich zu nur einem Begrenzungsanschlag in beide Drehrichtungen um einen im Wesentlichen identischen Betrag verkürzt werden. So kann der Lenkwinkel individuell durch die Form und/oder Anzahl und/oder Positionierung des zumindest einen Begrenzungsanschlags individuell angepasst bzw. umgesetzt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Sonnenrad dazu eingerichtet, integral einstückig mit der Lenkwelle ausgebildet zu sein. Alternativ ist das Sonnenrad dazu eingerichtet, separat von der Lenkwelle ausgebildet zu sein. So kann das Sonnenrad bspw. auf die Lenkwelle aufgeschoben sein. Alternativ kann das Sonnenrad auch integral einstückig mit der Lenkwelle ausgebildet sein, indem eine Verzahnung des Sonnenrads direkt in der Lenkwelle integriert ist.
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Gemäß einer Ausführungsform sind Verzahnungen des Sonnenrads, des Hohlrads und der zumindest drei Planetenräder als Schrägverzahnungen ausgebildet. Dadurch kann der Zahneingriff zwischen dem Hohlrad bzw. dem Sonnenrad und den Planetenrädern verbessert werden. Mit anderen Worten kann man sagen, dass durch eine Schrägverzahnung ein „Ruckeln“ im Betrieb des Planetengetriebes reduziert oder gar vermieden werden kann. Somit wird die Lenkbewegung des Lenkrads gleichmäßiger bzw. weicher, wodurch sich ein Lenkgefühl für einen Fahrer des Fahrzeugs verbessert.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die zumindest drei Planetenräder aus einem Kunststoff ausgebildet, insbesondere gespritzt. Unter dem Begriff Kunststoff sind sowohl sortenreine Kunststoffe als auch Kunststoffgemische zu verstehen. Durch die Herstellung der Planetenräder aus Kunststoff können gegenüber einer Herstellung aus einem Metall, wie bspw. Stahl, Kosten reduziert werden. Darüber hinaus kann durch einen Metall-Kunststoff-Zahneingriff eine Geräuschbildung reduziert werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Lenkeinheit, insbesondere eine steer-by-wire-Lenkeinheit. Die Lenkeinheit weist eine Lenkwelle, die drehmomentübertragend mit einer Lenkeinrichtung, bspw. einem Lenkrad verbunden bzw. verbindbar ist, eine vorstehend und nachfolgend beschriebene, erfindungsgemäße Lenkwinkelbegrenzungseinheit und eine Lenksäule auf, die die Lenkwelle und die Lenkwinkelbegrenzungseinheit im Wesentlichen gehäuseartig umgibt.
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Die Lenkwinkelbegrenzungseinheit weist in axialer Richtung einen geringen Bauraumbedarf auf. Somit ist in axialer Richtung mehr Platz für axiale Verfahrwege, Schlitten oder eine als Teleskopwelle ausgeführte Lenkwelle der Lenkeinheit verfügbar. Ferner kann das Planetengetriebe, das durch das Sonnenrad, das Hohlrad und die zumindest drei Planetenräder mit dem Planetenradkäfig gebildet wird, im Wesentlichen als Gleichteile verbaut werden, solange ein Durchmesser des Sonnenrads unverändert bleibt. Dadurch können die Kosten für die Lenkeinheit reduziert werden. Die Lenkeinheit wird insbesondere in Fahrzeugen als eine steer-by-wire-Lenkeinheit eingesetzt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der zumindest eine Begrenzungsanschlag an der Lenksäule ausgebildet. Der Begrenzungsanschlag kann separat von der Lenksäule ausgebildet und an eine Innenseite der Lenksäule befestigt sein. Dadurch ist es möglich, den Begrenzungsanschlag individuell an der Lenksäule anzuordnen. Durch die Positionierung des Begrenzungsanschlags an der Lenksäule kann somit der Lenkwinkel individuell eingestellt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die zumindest drei Planetenräder und/oder das Hohlrad, insbesondere über zumindest eine Tellerfeder, in axialer Richtung vorgespannt. Dadurch kann ein Spiel im Planetengetriebe, welches insbesondere durch Fertigungstoleranzen bedingt ist, ausgeglichen werden, wodurch das Planetengetriebe dann im Wesentlichen spielfrei sein kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Lenkwelle als eine Teleskopwelle ausgebildet. Die als Teleskopwelle ausgebildete Lenkwelle ermöglicht es, die Lenkeinrichtung, bspw. das Lenkrad, in axialer Richtung variabel zu positionieren. Dadurch ist es möglich, eine axiale Position der Lenkeinrichtung für einen Fahrer des Fahrzeugs individuell anzupassen, und so einen Fahrkomfort für den Fahrer zu verbessern.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der zumindest eine Begrenzungsanschlag integral einstückig mit der Lenksäule ausgebildet. Insbesondere kann der Begrenzungsanschlag partiell gebogen oder getopft ausgeführt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Lenkeinheit ferner einen Force-Feedback-Aktuator auf, wobei die Lenkwinkelbegrenzungseinheit zumindest teilweise in den Force-Feedback-Aktuator integriert ist. Dadurch ist es möglich, den Bauraum, insbesondere in axialer Richtung, weiter zu reduzieren.
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Detailbeschreibung anhand Zeichnung
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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 einer Lenkwinkelbegrenzungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 2 eine schematische Darstellung einer Lenkeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Position, und
- 3 eine schematische Darstellung einer Lenkeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer zweiten Position.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Lenkwinkelbegrenzungseinheit 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Die Lenkwinkelbegrenzungseinheit 1 weist ein Sonnenrad 2 mit einer Außenverzahnung, ein Hohlrad 3 mit einer Innenverzahnung und vier Planetenräder 4 mit einer Außenverzahnung auf. Das Hohlrad 3 ist im Wesentlichen konzentrisch und radial außerhalb des Sonnenrads 2 angeordnet. Die Planetenräder 4 sind jeweils zwischen dem Sonnenrad 2 und dem Hohlrad 3 angeordnet und sind sowohl mit dem Sonnenrad 2 als auch mit dem Hohlrad 3 in Zahneingriff.
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Die Planetenräder 4 sind in einem Planetenradkäfig 5 um ihre Rotationsachse drehbar aufgenommen, der an einem Gehäuse (nicht dargestellt) befestigt ist. Somit sind die Planetenräder positionsfest. Das Hohlrad 3 weist ferner ein Drehwinkelbegrenzungselement 6 auf, das von einem Außendurchmesser 7 des Hohlrads 3 radial nach außen vorsteht, und das Sonnenrad 2 ist dazu eingerichtet, mit einer Lenkwelle 8 (siehe 2 und 3) dreh- und axialfest verbindbar zu sein. Mit Bezug auf 2 und 3 ist das Sonnenrad 2 integral einstückig mit der Lenkwelle 8 ausgebildet. Das Drehwinkelbegrenzungselement 6 ist dazu eingerichtet, mit einem Begrenzungsanschlag 9, der hier beispielhaft integral mit einer Lenksäule 10 ausgebildet ist (siehe 2 und 3), in Anlagekontakt zu kommen, und so die Drehung des Hohlrads 3 in Umfangrichtung zu begrenzen. Die Lenksäule 10 dient als ein Gehäuse 11 für die Lenkwinkelbegrenzungseinheit 1 und die Lenkwelle 8.
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Das Sonnenrad 2, das Hohlrad 3 und die vier Planetenräder 4 bilden ein Planetengetriebe 12 aus, das eine vorbestimmte Übersetzung aufweist. Bei einer Drehung des Sonnenrads 2 rotieren die Planetenräder 4 aufgrund des Zahneingriffs zwischen der Außenverzahnung des Sonnenrads 2 mit der Außenverzahnung der Planetenräder 4. Die Drehung der Planetenräder 4 um ihre Rotationsachse bewirkt wiederum eine Drehung des Hohlrads 3, die durch das Drehwinkelbegrenzungselement 6 begrenzt wird. In 1 ist beispielhaft ein Begrenzungsanschlag 9 integral einstückig mit dem Gehäuse 11 ausgebildet, der derart angeordnet ist, dass eine zulässige Drehbewegung des Hohlrads 3 in eine erste Umfangsrichtung, bspw. im Uhrzeigersinn, im Wesentlichen genauso groß ist wie eine zulässige Drehbewegung des Hohlrads 3 in eine zweite Umfangsrichtung, bspw. entgegen dem Uhrzeigersinn.
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Mit anderen Worten kann man sagen, dass das Begrenzungsanschlag 9 und des Drehwinkelbegrenzungselement 6 in einer neutralen Position des Hohlrads 3 derart zueinander angeordnet sind, dass das Drehwinkelbegrenzungselement 6 die Drehbewegung des Hohlrads 3 in beide Umfangsrichtungen im Wesentlichen symmetrisch begrenzt. Das bedeutet, dass der Begrenzungsanschlag 9 und das Drehwinkelbegrenzungselement 6 im Wesentlichen symmetrisch zueinander angeordnet sind. Dadurch ist eine zulässige Drehbewegung des Hohlrads 3 in beide Umfangsrichtung im Wesentlichen gleich groß. Die neutrale Position des Hohlrads 3 entspricht dabei im Wesentlichen einem Lenkwinkel von etwa 0°.
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2 und 3 zeigen jeweils eine schematische Darstellung einer Lenkeinheit 13, die hier beispielhaft als eine steer-by-wire-Lenkeinheit 14 ausgebildet ist. Die Lenkeinheit 14 weist die Lenkwelle 8, die als eine Teleskopwelle 15 ausgebildet ist, eine Lenkeinrichtung 16, die als ein Lenkrad 17 ausgebildet ist, die Lenkwinkelbegrenzungseinheit 1, sowie einen Force-Feedback-Aktuator 18 auf. Die Lenkwelle 8 und die Lenkwinkelbegrenzungseinheit 1 sind von der Lenksäule 10 gehäuseartig umgeben, wobei die Lenksäule 10 teleskopartig ausgebildet ist, und sich mit der Lenkwelle 8 in axialer Richtung zusammenschieben (siehe 2) oder auseinanderschieben (siehe 3) kann.
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Der Force-Feedback-Aktuator 18 ist an einem axialen Ende der Lenkwelle 8 angeordnet und das Lenkrad 17 ist an dem gegenüberliegenden axialen Ende der Lenkwelle 8 angeordnet und mit dieser drehmomentübertragend verbunden. Die Lenkwinkelbegrenzungseinheit 1 ist an demselben axialen Ende der Lenkwelle 8 angeordnet wie der Force-Feedback-Aktuator 18 und kann zumindest teilweise in diesen integriert sein. In 2 und 3 ist das Sonnenrad 2 integral einstückig mit der Lenkwelle 8 ausgebildet.
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In Abhängigkeit der Durchmesser und/oder Zähnezahl der Verzahnungen des Sonnenrads 2, der Planetenräder 4 und des Hohlrads 3 weist des Planetengetriebe ein vorbestimmtes Übersetzungsverhältnis auf, welches zur Einstellung des Lenkwinkels dient. Darüber hinaus kann der Lenkwinkel auch durch die Positionierung des zumindest einen Begrenzungsanschlags 9 und durch die Positionierung des Drehwinkelbegrenzungselements 6 am Hohlrad 3 beeinflusst werden. Mit andere Worten kann man sagen, dass der Lenkwinkel über das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes 8 und/oder über die Positionierung des Begrenzungsanschlags 9 und/oder über die Positionierung des Drehwinkelbegrenzungselements 6 individuell einstellbar ist. Insbesondere ermöglicht die Einstellung des Lenkwinkels in Abhängigkeit der Positionierung des Begrenzungsanschlags 9, und insbesondere auch in Abhängigkeit der Form und/oder Anzahl des Begrenzungsanschlags 9, für unterschiedliche Lenkwinkel eine hohe Anzahl an Gleichteilen für das Planetengetriebe 8 zu verwenden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkwinkelbegrenzungseinheit
- 2
- Sonnenrad
- 3
- Hohlrad
- 4
- Planetenrad
- 5
- Planetenradkäfig
- 6
- Drehwinkelbegrenzungselement
- 7
- Außendurchmesser
- 8
- Lenkwelle
- 9
- Begrenzungsanschlag
- 10
- Lenksäule
- 11
- Gehäuse
- 12
- Planetengetriebe
- 13
- Lenkeinheit
- 14
- steer-by-wire-Lenkeinheit
- 15
- Teleskopwelle
- 16
- Lenkeinrichtung
- 17
- Lenkrad
- 18
- Force-Feedback-Aktuator
