DE10204736A1 - Power steering system - Google Patents
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Abstract
Ein Servolenksystem für ein Fahrzeug umfaßt ein Überlagerungsgetriebe (10) mit zwei Eingangsgetriebegliedern (4, 6) und mit einem Ausgangsgetriebeglied (1), wobei das Überlagerungsgetriebe (10) zwei Sonnenräder (2, 5) und einen Planetenträger (4, 14) mit Planetenträgern (3) aufweist. Das eine Eingangsgetriebeglied (4) ist an ein Handlenkrad (11) und das andere Eingangsgetriebeglied (6) an einen Servomotor (12) gekoppelt, währende das Ausgangsgetriebeglied (1) an ein Lenkgetriebe (13) gekoppelt ist. Die Drehachsen der Planetenräder (3) bilden mit der Drehachse des Planetenträgers (4, 14) einen Winkel (a), der 45 DEG bis 90 DEG beträgt. Vorzugsweise ist das Überlagerungsgetriebe (10) als ein Kegelrad-Planetengetriebe ausgebildet.A power steering system for a vehicle comprises a superposition gear (10) with two input gear members (4, 6) and with an output gear member (1), the superposition gear (10) having two sun gears (2, 5) and a planet carrier (4, 14) with planet carriers (3). One input gear member (4) is coupled to a manual steering wheel (11) and the other input gear member (6) to a servo motor (12), while the output gear member (1) is coupled to a steering gear (13). The axes of rotation of the planet gears (3) form an angle (a) with the axis of rotation of the planet carrier (4, 14), which is 45 ° to 90 °. The superposition gear (10) is preferably designed as a bevel gear planetary gear.
Description
Die Erfindung betrifft ein Servolenksystem, welches insbesondere für ein Fahrzeug bestimmt ist. Ein solches Servolenksystem umfaßt ein Überlagerungsgetriebe, welches ein erstes Eingangsgetriebeglied und ein zweites Eingangsgetriebeglied aufweist sowie ein Ausgangsgetriebeglied. Zu den genannten Getriebegliedern gehören zwei Sonnenräder und ein Planetengetriebeteil, umfassend einen Planetenträger und wenigstens ein auf diesem drehbar gelagertes Planetenrad. Das erste Eingangsgetriebeglied ist an ein Handlenkrad gekoppelt, das zweite Eingangsgetriebeglied dagegen an einen Servomotor. Das Ausgangsgetriebeglied ist an ein Lenkgetriebe gekoppelt, welches in bekannter Weise eine Lenkbewegung an die Fahrzeugräder weiterleitet. Ein solches Servolenksystem ermöglicht es, der vom Handlenkrad ausgelösten Bewegung eine vom Servomotor ausgehende Bewegung zu überlagern. The invention relates to a power steering system, which is intended in particular for a vehicle. On such a power steering system includes a superposition gear, which is a first input transmission link and a has a second input gear link and a Output transmission element. To the gear links mentioned include two sun gears and a planetary gear part, comprising a planet carrier and at least one this rotatable planet gear. The first Input gear link is coupled to a hand steering wheel the second input transmission link, however, to one Servomotor. The output transmission link is on Steering gear coupled, which in a known manner Steering movement forwards to the vehicle wheels. On such a power steering system allows it from Hand steering wheel triggered a movement from the servo motor overlay outgoing movement.
Das Überlagerungsgetriebe eines bekannten Servolenksystems (DE 197 23 358 A1) ist als Stirnrad-Planetengetriebe ausgebildet. Dabei sind die zwei Sonnenräder hintereinander und koaxial innerhalb des Planetenträgers angeordnet. Diese Bauweise hat den Nachteil, daß das Planetengetriebeteil (Planetenträger plus Planetenrad oder plus Planetenräder) naturgemäß ziemlich voluminös ist. Folglich ist der Platzbedarf für das Überlagerungsgetriebe innerhalb des Fahrzeuges relativ groß; weitere Nachteile sind die hohen Herstellkosten und ein relativ hohes Gewicht. The superposition gear of a known Power steering system (DE 197 23 358 A1) is as Spur gear planetary gear designed. Here are the two sun gears in a row and coaxially within the Planet carrier arranged. This design has the disadvantage that the planetary gear part (planet carrier plus Planet gear or plus planet gears) naturally quite is voluminous. Hence the space requirement for that Superposition gear within the vehicle relative large; further disadvantages are the high manufacturing costs and a relatively high weight.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein
Servolenksystem zu schaffen, dessen
Überlagerungsgetriebe - bei gleicher Funktion wie bisher - möglichst
viele der nachfolgend angegebenen Forderungen erfüllt:
- 1. Das Bauvolumen des Überlagerungsgetriebes soll gegenüber bisher verringert werden;
- 2. die Herstellkosten für das Überlagerungsgetriebe sollen reduziert werden;
- 3. das Gewicht des Überlagerungsgetriebes soll gegenüber bisher ebenfalls verringert werden.
- 1. The construction volume of the superposition gear is to be reduced compared to previously;
- 2. The manufacturing costs for the superposition gear should be reduced;
- 3. The weight of the superposition gear is also to be reduced compared to previously.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die genannte Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Das dort angegebene Lösungsprinzip besagt mit anderen Worten: man verwendet als Überlagerungsgetriebe nicht mehr ein reines Stirnrad-Planetengetriebe, bei dem die Drehachse(n) des Planetenrades bzw. der Planetenräder stets parallel zur Drehachse des Planetenträgers ist bzw. sind, sondern ein Überlagerungsgetriebe, worin die Drehachse(n) des Planetenrades bzw. der Planetenräder mit der Drehachse des Planetenträgers einen Winkel bildet. Dieser Winkel liegt in der Größenordnung zwischen etwa 45° und 90°. According to the present invention, said Task by the in the characterizing part of the Features specified claim 1 solved. That there In other words, the specified solution principle means: one no longer uses a pure one as a superposition gear Spur gear planetary gear, in which the axis of rotation (s) the planet gear or the planet gears always is or are parallel to the axis of rotation of the planet carrier, but a superposition gear, in which the Rotation axis (s) of the planet gear or the planet gears with the Axis of rotation of the planet carrier forms an angle. This angle is on the order of approximately 45 ° and 90 °.
Es gibt verschiedene Getriebe-Bauarten, welche nach dem vorgenannten Lösungsprinzip gestaltet sind. Eines von mehreren Beispielen ist das an sich bekannte Kegelrad-Planetengetriebe, welches zwei Kegelrad-Sonnenräder und ein Kegelrad-Planetenrad oder (vorzugsweise) zwei Kegelrad-Planetenräder aufweist, die mit den Sonnenrädern kämmen. Den verschiedenen, weiter unten im einzelnen beschriebenen Bauformen ist gemeinsam, daß sie beim Einsatz in einem Servolenksystem den wesentlichen Vorteil geringeren Platzbedarfes, geringerer Herstellungskosten und verminderten Gewichtes bieten. There are different types of gears, which according to are designed according to the aforementioned solution principle. One of several examples, this is known per se Bevel gear planetary gear, which two Bevel gear sun gears and a bevel gear planet gear or (preferably) has two bevel gear planet gears, which with the Comb sun gears. The different, further down in individual designs described has in common that when used in a power steering system significant advantage of less space, less Offer manufacturing costs and reduced weight.
Bei den verschiedenen Ausführungsformen des für das erfindungsgemäße Servolenksystem bestimmten Überlagerungsgetriebes sind zwei Varianten möglich: entweder ist eines der Sonnenräder Teil des ersten Eingangsgetriebegliedes, wobei der Planetenträger Teil des Ausgangsgetriebegliedes ist. Oder eines der Sonnenräder ist Teil des Ausgangsgetriebegliedes, wobei der Planetenträger ein Teil des ersten Eingangsgetriebegliedes ist. In beiden Fällen ist jeweils das andere Sonnenrad als Teil des zweiten Eingangsgetriebegliedes mittels des Servomotors antreibbar. In the different embodiments of the for determine power steering system according to the invention Superposition gearbox, two variants are possible: either one of the sun gears is part of the first Input gear member, the planet carrier part of the Output gear member is. Or one of the sun gears is part of the output transmission link, the Planet carrier part of the first input gear member is. In both cases the other sun gear is used as part of the second input transmission link by means of of the servo motor can be driven.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sowie die verschiedenen unterschiedlichen Bauformen des Überlagerungsgetriebes sind Gegenstand der Unteransprüche; sie werden außerdem nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Further refinements of the invention and the various different designs of the Superposition gear are the subject of the subclaims; she are also below based on the drawing in described.
Es zeigt: It shows:
Fig. 1 ein für ein Servolenksystem bestimmtes Kegelrad-Überlagerungsgetriebe; Fig. 1 a particular for a power steering system bevel superposition gear;
Fig. 2 ein alternatives Kegelrad-Überlagerungsgetriebe; Fig. 2 shows an alternative bevel superposition gear;
Fig. 3 ein Kronenrad-Überlagerungsgetriebe; Fig. 3 is a crown-superposition gear;
Fig. 4 eine weitere mögliche Bauform eines Kegelrad- Überlagerungsgetriebe; Fig. 4 shows a further possible design of a bevel superposition gear;
Fig. 5 eine weitere alternative Bauform eines Kegelrad-Überlagerungsgetriebes; und Fig. 5 shows a further alternative design of a bevel superposition gear; and
Fig. 6 schematisch ein komplettes Servolenksystem. Fig. 6 shows schematically a complete power steering system.
Ein Hauptteil des in Fig. 6 dargestellten Servolenksystems ist ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Kegelrad- Überlagerungsgetriebe. Zu diesem gehören ein erstes Eingangsgetriebeglied 4, 14, das an ein Handlenkrad 11 angeschlossen ist, und ein zweites Eingangsgetriebeglied 6, das (beispielsweise über ein Schneckengetriebe 7) an einen Servomotor 12 gekoppelt ist. Außerdem ist ein Ausgangsgetriebeglied 1 vorhanden, das an ein Lenkgetriebe 13 gekoppelt ist. A main part of the power steering system shown in Fig. 6 is a bevel gear superposition gear designated overall by 10. This includes a first input gear element 4 , 14 , which is connected to a manual steering wheel 11 , and a second input gear element 6 , which is coupled (for example via a worm gear 7 ) to a servo motor 12 . In addition, an output transmission element 1 is provided which is coupled to a steering gear. 13
Das erste Eingangsgetriebeglied 4, 14 ist als Planetenträger ausgebildet, zusammengesetzt aus Stegwelle 4 und Steg 14, auf dem zwei Planetenräder 3 drehbar gelagert sind. Jedes dieser Planetenräder 3 kämmt mit zwei Sonnenrädern 2 und 5. Das Sonnenrad 2 ist ein Teil des Ausgangsgetriebegliedes 1, während das andere Sonnenrad 5 ein Teil des zweiten Eingangsgetriebegliedes 6 ist. Alle Zahnräder 2, 3 und 5 sind als Kegelräder ausgebildet. The first input gear element 4 , 14 is designed as a planet carrier, composed of a web shaft 4 and a web 14 , on which two planet gears 3 are rotatably mounted. Each of these planet gears 3 meshes with two sun gears 2 and 5 . The sun gear 2 is part of the output gear element 1 , while the other sun gear 5 is part of the second input gear element 6 . All gears 2 , 3 and 5 are designed as bevel gears.
Falls erforderlich, können in dem Schema gemäß Fig. 6 das Handlenkrad 11 und das Lenkgetriebe 13 gegeneinander vertauscht werden. In diesem Fall wäre 1 das erste Eingangsgetriebeglied und 4 das Ausgangsgetriebeglied. If necessary, the hand steering wheel 11 and the steering gear 13 can be interchanged in the diagram according to FIG. 6. In this case, 1 would be the first input link and 4 the output link.
Das in Fig. 6 dargestellte Servolenksystem arbeitet folgendermaßen: wenn beispielsweise der Servomotor 12 stillsteht, dann wird die Bewegung des Lenkgetriebes 13 ausschließlich durch das Handlenkrad 11 bestimmt. Abweichend hiervon ermöglicht es das Servolenksystem, eine vom Servomotor 12 ausgehende Bewegung der vom Handlenkrad 11 ausgelösten Bewegung zu überlagern. Hierdurch werden Vorteile hinsichtlich der Fahrdynamik, der Fahrsicherheit und/oder des Fahrkomforts erzielt. The power steering system shown in FIG. 6 operates as follows: if, for example, the servo motor 12 is stationary, the movement of the steering gear 13 is determined exclusively by the hand steering wheel 11 . Deviating from this, the power steering system makes it possible to superimpose a movement emanating from the servo motor 12 onto the movement triggered by the hand steering wheel 11 . This achieves advantages in terms of driving dynamics, driving safety and / or driving comfort.
In Fig. 1 sind die Einzelteile des dargestellten Kegelrad-Planetengetriebes 10 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 6. Der Winkel a zwischen der Stegwelle 4 und dem Steg 14 (dies ist der Winkel, den die Drehachsen der Planetenräder 3 mit der Drehachse des Planetenträgers 4, 14 bildet) beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel 90°. Hierbei sind die beiden Sonnenräder 2 und 5 gleich groß; genauer gesagt: die Verzahnungsdurchmesser der beiden Sonnenräder 2 und 5 sind gleich. In dem speziellen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 betragen die Kegelwinkel sämtlicher Zahnräder 2, 3 und 5 90°, weshalb die Planetenräder 3 die gleiche Größe aufweisen wie die Sonnenräder 2 und 5. Hiervon kann jedoch auch abgewichen werden; insbesondere können die Planetenräder 3 gemäß Fig. 6 einen kleineren Verzahnungsdurchmesser aufweisen als die Sonnenräder 2 und 5. Schematisch angedeutet ist in Fig. 1, daß die Planetenräder 3 mit Hilfe von Tellerfedern 15 mit ihrer Verzahnung an die Verzahnungen der Sonnenräder 2 und 5 angedrückt werden. Dies ist eine Maßnahme, um die notwendige Spielfreiheit des Überlagerungsgetriebes 10 sicherzustellen. Zu diesem Zweck ist außerdem vorgesehen, die Lager der Planetenräder 3 auf dem Steg 14 spielfrei auszuführen. Vorzugsweise werden Lager vorgesehen, welche außer der genannten Spielfreiheit auch noch ein geringfügiges Kippen der Planetenräder 3 relativ zum Steg 14 ermöglichen. In Fig. 1, the individual parts of the bevel gear planetary gear 10 are given the same reference numerals as in Fig. 6. The angle a between the web shaft 4 and the web 14 (this is the angle that the axes of rotation of the planet gears 3 with the axis of rotation of the planet carrier 4 , 14 ) is 90 ° in this embodiment. Here, the two sun gears 2 and 5 are the same size; more precisely: the toothing diameters of the two sun gears 2 and 5 are the same. In the special exemplary embodiment according to FIG. 1, the cone angles of all the gear wheels 2, 3 and 5 are 90 °, which is why the planet wheels 3 have the same size as the sun wheels 2 and 5 . However, you can also deviate from this; In particular, the planet gears 3 according to FIG. 6 can have a smaller toothing diameter than the sun gears 2 and 5 . Is indicated schematically in Fig. 1 that the planet gears 3 are pressed with the help of disc springs 15 with their teeth on the teeth of the sun gears 2 and 5 . This is a measure to ensure the necessary freedom from play of the superposition gear 10 . For this purpose, provision is also made for the bearings of the planet gears 3 to be designed to be free of play on the web 14 . Bearings are preferably provided which, in addition to the freedom from play mentioned, also allow the planet gears 3 to tilt slightly relative to the web 14 .
Gemäß Fig. 2 ist (abweichend von Fig. 1) folgendes vorgesehen: der von den Drehachsen der Planetenräder 3 mit der Drehachse des Planetenträgers 4, 14 gebildete Winkel a beträgt nunmehr etwa 75°. Dementsprechend hat das zum zweiten Eingangsgetriebeteil gehörende Sonnenrad 5 einen kleineren Verzahnungsdurchmesser (und somit eine kleinere Zähnezahl) als das andere Sonnenrad 2. Dies kann vorteilhaft sein, um gegenüber Fig. 1 geänderte Übersetzungsverhältnisse zu erzielen. According to FIG. 2, the following is provided (deviating from FIG. 1): the angle a formed by the axes of rotation of the planet wheels 3 with the axis of rotation of the planet carrier 4 , 14 is now approximately 75 °. Accordingly, the sun gear 5 belonging to the second input transmission part has a smaller toothing diameter (and thus a smaller number of teeth) than the other sun gear 2 . This can be advantageous in order to achieve different transmission ratios compared to FIG. 1.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 beträgt der Winkel a (wie in Fig. 1) 90°. Nunmehr sind jedoch die Sonnenräder 2 und 5 als Kronenräder ausgeführt, dementsprechend die Planetenräder 3 als Stirnräder. In the embodiment according to FIG. 3, the angle a is (as in Fig. 1) 90 °. Now, however, the sun gears 2 and 5 are designed as crown gears, and accordingly the planet gears 3 as spur gears.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist ein "Zwitter" mit Merkmalen aus den Fig. 2 und 3. Das zum zweiten Eingangsgetriebeglied 6 gehörende Sonnenrad 5 ist als ein relativ kleines Kegelrad ausgebildet, das andere Sonnenrad 2 dagegen als Kronenrad. Demzufolge sind die Planetenräder 3 ebenfalls als Kegelräder ausgebildet; deren Drehachsen bilden mit der Drehachse der Stegwelle 4 einen Winkel a von ungefähr 60°. The exemplary embodiment according to FIG. 4 is a "hermaphrodite" with features from FIGS. 2 and 3. The sun gear 5 belonging to the second input transmission element 6 is designed as a relatively small bevel gear, the other sun gear 2 as a crown gear. Accordingly, the planet gears 3 are also designed as bevel gears; whose axes of rotation form an angle a of approximately 60 ° with the axis of rotation of the web shaft 4 .
Das Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 5 hat insofern Ähnlichkeit mit demjenigen gemäß Fig. 2, als das zum zweiten Eingangsgetriebeglied 6 gehörende Sonnenrad 5 kleiner ist als das andere Sonnenrad 2. Damit dennoch ein Winkel a von 90° vorgesehen werden kann, hat jedes Planetenrad 3 zwei Zahnkränze mit unterschiedlichen Verzahnungsdurchmessern, wobei der eine Zahnkranz mit dem einen Sonnenrad und der andere Zahnkranz mit dem anderen Sonnenrad kämmt. Es versteht sich, daß die unterschiedlichen Verzahnungen einerseits der beiden Sonnenräder und andererseits jedes Planetenrades unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen. Als Abwandlung des in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiels können die Sonnenräder 2 und 5 als Kronenräder ausgeführt werden, wobei dann die Planetenräder 3 als Stirnräder auszubilden sind. The embodiment according to FIG. 5 is similar to that according to FIG. 2 in that the sun gear 5 belonging to the second input transmission element 6 is smaller than the other sun gear 2 . So that an angle a of 90 ° can nevertheless be provided, each planet wheel 3 has two ring gears with different toothing diameters, one ring gear meshing with one sun wheel and the other ring gear meshing with the other sun wheel. It is understood that the different toothings on the one hand of the two sun gears and on the other hand each planet gear have different numbers of teeth. As a modification of the embodiment shown in FIG. 5, the sun gears 2 and 5 can be designed as crown gears, in which case the planet gears 3 are to be designed as spur gears.
Bei allen Varianten, die in den Fig. 1 bis 5
dargestellt sind, kann der Planetenträger 4, 14 entweder
das erste Eingangsgetriebeglied oder das
Ausgangsgetriebeglied sein. Dementsprechend ist dann das
gegenüberliegende Sonnenrad 2 entweder Teil des
Getriebeausgangsgliedes oder Teil des ersten
Getriebeeingangsgliedes.
Bezugszeichen
1 Ausgangsgetriebeglied
2 Sonnenrad
3 Planetenräder
4 erstes Eingangsgetriebeglied; Stegwelle
5 Sonnenrad
6 zweites Eingangsgetriebeglied
7 Schneckengetriebe
10 Überlagerungsgetriebe
11 Handlenkrad
12 Servomotor
13 Lenkgetriebe
14 erstes Eingangsgetriebeglied; Steg
15 Tellerfeder
In all variants, which are shown in FIGS. 1 to 5, the planet carrier 4 , 14 can be either the first input gear element or the output gear element . Accordingly, the opposite sun gear 2 is then either part of the transmission output element or part of the first transmission input element. Reference numeral 1 output gear member
2 sun gear
3 planet gears
4 first input gear link; web shaft
5 sun gear
6 second input gear link
7 worm gear
10 superposition gears
11 hand steering wheel
12 servo motor
13 steering gear
14 first input transmission link; web
15 disc spring
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