Eine
derartige Vorrichtung ist in Form eines Lenkgetriebes aus der
DE-OS 24 10 489 bekannt. Dort
ist eine Servolenkung offenbart, insbesondere eine elektrohydraulische
Servolenkung, die eine ein Lenkhandrad tragende Lenksäule und
ein mit den gesteuerten Rädern
des Kraftfahrzeugs verbundenes Lenkgestänge, sowie ein hydromechanisches
Lenkgetriebe aufweist, das mechanisch mit dem Lenkgestänge verbunden
und zwischen einer Rechtsstellung und einer Linksstellung bewegbar
ist. Die Lenksäule
ist mit einer ein Kugelgewinde aufweisenden Lenkschraube antriebsgekoppelt,
welche über
eine Vielzahl von Kugeln mit einer Lenkmutter kraft- und formschlüssig verbunden
ist. Die Lenkmutter weist eine Außenverzahnung auf, die mit
einer Verzahnung eines Lenkstockhebels formschlüssig verbunden ist.
Aufgabe
der Erfindung ist es, eine alternative Vorrichtung zum Übertragen
von Drehbewegungen anzugeben.
Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Grundgedanke
der Erfindung ist, ein Getriebe vorzusehen, welches ein Übertragungselement mit
einer kugel-, ellipsen- oder
rotationshyperboloidförmigen
Grundform aufweist. Das Übertragungselement
kann beispielsweise als Kugel, als Rotationshyperboloid, als Ellipsoid
oder als ellipsenförmige
Taumelscheibe ausgebildet sein. Es kann somit ein effizientes, kostengünstiges
weil einfaches Getriebe verwirklicht werden. Dabei werden beispielsweise keine
Bauteile mit aufwendiger Innenbearbeitung benötigt.
In
einer Ausgestaltung weist das Übertragungselement
eine Steuernut auf, in die ein Steuerfinger eingreift, der über einen
Abtriebshebel mit der Abtriebswelle verbunden ist. Alternativ kann
der Steuerfinger durch einen Wälzkörper dargestellt
werden, der in der Steuernut abrollt. Dabei ist der Wälzkörper über eine
Lagerung mit der Abtriebswelle antriebsgemäß verbunden. Aufgrund der kugel-
oder ellipsenförmigen
Grundform des Übertragungselements
ist ein ständiger
Eingriff des Steuerfingers in die Steuernut gewährleistet. Dabei wird ein ellipsenförmiges Übertragungselement
dann verwendet, wenn ein Versatz zwischen der Antriebs- und Abtriebswelle
nötig ist.
In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist die Steuernut ring- oder schraubenförmig an der
Oberfläche
oder im Körper
des Übertragungselements
angeordnet. Bei einer ringförmigen
Anordnung ist die Steuernut gegenüber der Längsachse der Antriebswelle
geneigt angeordnet. Der geschlossene Ring bewirkt, dass pro Umdrehung
der Antriebswelle die Abtriebswelle einmal maximal in die eine Richtung
und sodann wieder zurück
verschwenkt wird. Dabei ist das Maß der Verschwenkung und somit
das Übersetzungsverhältnis des
Getriebes abhängig
von der Neigung des Ringes gegenüber
der Längsachse der
Antriebswelle. Derartige Getriebe können beispielsweise bei Scheibenwischerantrieben
in Fahrzeugen eingesetzt werden.
Bei
kugelförmiger
Grundform des Übertragungselements
und ringförmiger
Steuernut kann der Steuerfinger durch Kugeln eines Kugellagers verwirklicht
werden. Dabei wird die Innenbahn (der Innenring) des Kugellagers
durch die Steuernut gebildet oder die Innenbahn ist auf die Steuernut
aufgebracht. Die Außenbahn
(der Außenring)
des Kugellagers ist mit der Abtriebswelle kraftschlüssig verbunden.
Bei
einer schraubenförmigen
Anordnung der Steuernut umgibt diese die Längsachse der Antriebswelle
schraubenförmig,
wobei der lokale Durchmesser in Abhängigkeit der kugel- oder ellipsenförmigen Grundform
des Übertragungselements
im Verlauf von einer Anbindungsstelle des Übertragungselements an die
Antriebswelle zur gegenüberliegenden Anbindungsstelle
variiert. Im Unterschied zur elliptischen Grundform weist ein Rotationshyperboloid
keine konvexe sondern eine konkave Grundform auf. Derartige Getriebe
können
beispielsweise in einem Fahrzeug als Lenkgetriebe verwendet werden.
Dabei wird über
die Länge
und somit die Anzahl der Windungen der Steuernut das Übersetzungsverhältnis des
Getriebes festgelegt.
In
einer weiteren Ausführungsform
weist die schraubenförmige
Steuernut zumindest abschnittsweise eine unterschiedliche Steigung
auf. Dadurch kann eine variable Übersetzung
zwischen Antriebs- und Antriebswelle verwirklicht werden.
Beispielsweise
können
die Windungen der Steuernut im Bereich der größten radialen Ausdehnung des Übertragungselements
enger zusammenliegen und somit eine geringere Steigung aufweisen, als
in den Randbereichen, die näher
den Anbindungsstellen des Übertragungselements
mit der Antriebswelle liegen.
Vorteilhaft
ist der Einsatz einer solchen Ausgestaltung beispielsweise in einem
Lenkgetriebe eines gelenkten Fahrzeugs. So haben geringe Lenkbewegungen
der Antriebswelle um eine Mittenlage bei Geradeausfahrt, bei der
der Steuerfinger rechtwinklig zur Antriebswelle verläuft, lediglich
geringe Winkeländerungen
an der Antriebswelle zur Folge, wohingegen größere Lenkbewegungen durch einen
größeren Lenkeinschlag
einer mit der Antriebswelle verbundenen Lenkhandhabe zu einer stärkeren Lenkbewegung
an der Abtriebswelle führt.
Dieses ist besonders vorteilhaft bei Anwendungen in unterschiedlichen
Fahrsituationen. Kleine Lenkbewegungen bei hoher Geschwindigkeit,
beispielsweise bei Autobahnfahrt, sollen geringere Änderungen
in der Fahrtrichtung bewirken. Bei Rangierfahrten oder bei Einparkmanövern, bei
denen regelmäßig große Lenkwinkeländerungen
erforderlich sind, bewirkt eine Übersetzungszunahme
bei großen
Lenkwinkeln, dass von einem Fahrer an der Antriebswelle nur wenige
Umdrehungen an einem Lenkhandrad vorzunehmen sind, um die lenkbaren
Fahrzeugräder
entsprechend stark einzuschlagen.
In
einer weiteren Ausgestaltung ist eine Stelleinrichtung, beispielsweise
ein Stellmotor, vorhanden, mittels dessen die Lage des Steuerfingers
relativ zum Abtriebshebel veränderbar
ist. Ein Verschwenken des Steuerfingers bewirkt eine Schwenkbewegung
des Abtriebshebels und somit ein Verschwenken der mit dem Abtriebshebel
verbundenen Antriebswelle. Da ein Verschwenken des Steuerfingers
unabhängig
von einer Drehbewegung der Antriebswelle eine Schwenkbewegung der Abtriebswelle
hervorruft, kann somit eine Überlagerung
einer Schwenkbewegung erzeugt werden.
Bei
Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung
als Lenkgetriebe eines Fahrzeuges kann somit ein Überlagerungsgetriebe
verwirklicht werden, mit dem ein das Fahrverhalten des Fahrzeugs
beeinflussender Lenkeingriff verwirklicht werden kann. Beispielsweise
kann über
das über
ein Lenkgestänge mit
den lenkbaren Fahrzeugrädern
in Verbindung stehende Lenkgetriebe ein die Fahrstabilität erhöhender Lenkwinkel
an den gelenkten Fahrzeugrädern
eingestellt werde, wenn von einer Regelung ein instabiler Fahrzustand
detektiert wird. Ebenso ist ein beispielsweise die Agilität des Fahrzeugs
erhöhender
Lenkwinkel einstellbar.
In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung weist die Steuernut zumindest abschnittsweise einen
bogenförmig
ausgebildeten Querschnitt auf. Insbesondere ist das bogenförmige Segment
kreisförmig
ausgebildet, so dass bei Eingriff des Steuerfingers in die Steuernut
unabhängig
vom Grad der Verschwenkung des Steuerfingers dessen Längsachse stets
senkrecht zur Oberfläche
der Steuernut verläuft.
Eine
weitere Ausführungsform
sieht vor, dass das Übertragungselement
hohl ist und/oder eine durchlässige
Oberfläche
aufweist. So kann beispielsweise ein leichtes Getriebe verwirklicht
werden. Die notwendige Steifigkeit zur Übertragung von Lenkmomenten
von der Antriebs- auf die Abtriebswelle kann dabei gegebenenfalls
durch im Hohlraum des Übertragungselements
verlaufende Streben erzielt werden. Auch kann das Übertragungselement lediglich
durch die umlaufende Steuernut und zwischen den Windungen verlaufende
Verbindungen gebildet sein.
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1: eine Draufsicht auf eine
schematisch dargestellte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2: eine Seitenansicht einer
Ausführungsform
gem. 1,
3: eine um 90° gegenüber 2 gedrehte Seitenansicht
bei mittiger Stellung eines Steuerfingers einer weiteren Ausführungsform
mit Stelleinrichtung am Abtriebshebel,
4: eine Detailansicht eines
Querschnitts einer Nut im Übertragungselement.
1 zeigt den prinzipielle
Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in
Draufsicht. Eine Antriebswelle 5 ist an zwei Stellen 6 drehbeweglich gelagert.
Zwischen den Lagerstellen 6 ist ein kugelförmiges Übertragungselement 30 an
zwei Anbindungsstellen 31, 32 mit der Antriebswelle 5 kraftschlüssig verbunden.
In die Oberfläche 33 des Übertragungselements 30 ist
eine Steuernut 40 eingearbeitet, die sich zwischen zwei
Anschlägen 41 schraubenförmig um
eine Längsachse 7 der
Antriebswelle 5 entlang der Kugeloberfläche 33 erstreckt.
In 1 weisen die Windungen 42 der
Steuernut 40 eine konstante Steigung auf. Möglich ist
jedoch auch, eine Steuernut 40 mit abschnittsweise unterschiedlicher
Steigung vorzusehen, insbesondere, im Bereich der Kugelmitte 34 eine
geringe Steigung und an den den Anbindungsstellen 31, 32 zugewandten
Bereichen eine größere Steigung
vorzusehen.
Eine
Abtriebswelle 10 ist im wesentlichen orthogonal zur Längsachse 7 der
Antriebswelle 5 angeordnet und in zwei Lagerstellen 11 schwenkbeweglich
gelagert. Die Abtriebswelle 10 ist dabei relativ zur Antriebswelle 5 so
angeordnet, dass sich die jeweiligen Längsachsen 7, 12 der
beiden Wellen 5, 10 im Mittelpunkt 34 des
kugelförmigen Übertragungselements 30 schneiden.
Mit
einem dem Übertragungselement 30 zugewandten
Ende der Abtriebswelle 10 ist ein Abtriebshebel 15 in
Form eines winkelförmigen
Arms kraftschlüssig
verbunden. An einem dem Übertragungselement 30 zugewandten
Ende des Abtriebshebels 10 ist ein Steuerfinger 20 angeordnet,
der in die Steuernut 40 eingreift. Der Steuerfinger 20 ist
in 1 lediglich gestrichelt
dargestellt, da er hinter dem Übertragungselement 30 angeordnet
ist und durch dieses verdeckt wird. In einer weiteren Ausführungsform
kann der Abtriebshebel 15 die Form einer Klammer oder eines
Halbrings aufweisen und auf der der Abtriebswelle 10 gegenüberliegenden
Seite des Übertragungselements 30 drehbeweglich
gelagert sein.
Der
Abtriebshebel 15 kann jedoch auch einen zweiten Arm aufweisen,
der zusammen mit dem bereits erwähnten
ersten Arm des Abtriebshebels 15 eine Klaue bildet. An
der dem Übertragungselement 30 zugewandten
Ende des zweiten Arms ist dabei ebenfalls ein Steuerfinger 20 angeordnet,
der in die Steuernut 40 eingreift. Der Eingriff in die
Steuernut 40 würde
in der in 1 dargestellten
Stellung in der Nähe
des rechten Anschlags 41 der Steuernut 40 erfolgen.
Eine derartige Klauenkonstruktion setzt voraus, dass die Steigung
der Steuernut 40 entlang der Längsachse 7 der Antriebswelle 5 punktsymmetrisch zum
Mittelpunkt 34 des kugelförmigen Übertragungselements 30 ausgebildet
ist.
Auf
eine solche symmetrische Ausführungsform
ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Vielmehr kann eine Asymmetrie
in der Steigung der Steuernut 40 beispielsweise zwischen
linker und rechter in der 1 dargestellten Hälfte des Übertragungselements 30 vorliegen.
Sinnvollerweise würde dabei
lediglich ein Arm des Abtriebshebels 15 vorhanden sein,
um ohne Verzwängungen
nur einen Steuerfinger 20 in der Steuernut 40 führen zu
können.
Durch eine derartige Asymmetrie kann eine ungleichförmige Über- bzw.
Untersetzung zwischen Antriebs- und Abtriebswelle 5, 10,
ausgehend von einer Mittelstellung des Steuerfingers 20,
abhängig
von der Drehrichtung der Antriebswelle 5 erfolgen.
Es
ist leicht nachzuvollziehen, dass der oder die Arme des Abtriebshebels 15 auch
bogenförmig beispielsweise äquidistant
zur Oberfläche 33 des
kugelförmigen Übertragungselements 30 ausgeführt sein
kann bzw. können.
2 zeigt eine um 90° gegenüber 1 verschwenkte Darstellung.
Die Abtriebswelle 10 verläuft hinter der Zeichnungsebene
und ist deshalb lediglich gestrichelt dargestellt. Gegenüber 1 ist in 2 der Abtriebshebel 15 in einer
annähernd
orthogonal zur Längsachse 7 der
Antriebswelle 5 verlaufenden Mittelstellung dargestellt.
In 2 weist die Steuernut 40 eine
inkonstante Steigung auf. Es ist der Steuerfinger 20 zu
erkennen, der am Abtriebshebel 15 drehbeweglich gelagert
ist. Dazu wird der Steuerfinger 20 über zwei Lager 22 im
Gehäuse 17 einer
mit dem Abtriebshebel 15 verbundenen Führungseinheit 16 abgestützt. Die Lager 22 können dabei
als Wälz-
oder Nadellager ausgebildet sein. Durch die drehbewegliche Lagerung
des Steuerfingers 20 kann der Steuerfinger 20 an
einer Seitenwand 43 der Steuernut 40 abgewälzt werden.
Dadurch wird Haft- und Gleitreibung zwischen dem in die Steuernut 40 eingreifenden
Teil des Steuerfingers 20 und der Seitenwand 43 der
Steuernut 40 verringert.
In 3 ist eine Seitenansicht
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt.
Zwischen der Führungseinheit 16 und
dem Abtriebshebel 15 ist eine Stelleinrichtung 18 z.B.
ein elektrischer Stellmotor angeordnet, über den die Lage der Führungseinheit 16 und
somit der Längsachse 21 des
Steuerfingers 20 relativ zum Abtriebshebel 15 verändert werden
kann. Wird die Führungseinheit 16 um
die Längsachse 19 der
Stelleinrichtung 18 verschwenkt, verläuft sodann die Längsachse 21 des
Steuerfingers 20 nicht mehr orthogonal zur Längsachse 12 der
Abtriebswelle 10, sondern weist keinen Schnittpunkt mehr
mit dieser auf.
Eine
derartig verschwenkte Stellung des Steuerfingers 20 ist
in 4 dargestellt, wobei
lediglich ein Ausschnitt des Übertragungselements 30 geschnitten
dargestellt ist. Deutlich ist im Querschnitt die Kontur der Steuernut 40 zu
erkennen, die bogenförmig
insbesondere kreissegmentförmig
ausgebildet ist. Der Mittelpunkt 44 des Kreissegments wird
dabei von der Längsachse 19 der
Stelleinrichtung 18 gebildet. An dem der Übertragungseinheit 30 zugewandten
Ende des Steuerfingers 20 kann eine Kugel 23 gelagert
sein, durch die die Reibung zwischen dem Steuerfinger 20 und
der Steuernut 40 verringert werden kann.
Durch
Verschwenken der Längsachse 21 des
Steuerfingers 20 erfolgt eine Schwenkbewegung der Führungseinheit 16,
wodurch über
den Abtriebshebel 15 eine Schwenkbewegung der Abtriebswelle 10 erzielt
wird. Durch Ansteuerung des Schwenkmotors 18 kann somit
ein zusätzlicher
Verschwenkwinkel an der Abtriebswelle 10 erreicht werden.
Dieser wird einem durch Drehung der Antriebswelle 5 vom Übertragungselement 30 erzeugten
Verschwenkwinkel überlagert.
Dadurch kann der Verschwenkwinkel an der Abtriebswelle 10 größer oder
kleiner sein kann, als ein durch die Steigung der Steuernut 40 des Übertragungselements 30 hervorgerufener
Verschwenkwinkel bei Getrieben ohne Schwenkmotor 18.
Es
ist leicht nachzuvollziehen, dass die Antriebs- 5 und Abtriebswelle 10 an
den Lagerstellen 6, 11 gegenüber einem das Getriebe umschließenden Gehäuse abgestützt sein
können.