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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen von Drehbewegungen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie die Verwendung einer derartigen Vorrichtung.
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Eine derartige Vorrichtung ist in Form eines Lenkgetriebes aus der
DE-24 10 489 A 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.
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Außerdem bekannt ist eine derartige Vorrichtung aus
FR 779 517 A . Hier wird ein Mechanismus beschrieben, der eine rotatorisch angetriebene Kugel mit einer eingeformten Steuernut aufweist. Diese Kugel korrespondiert mit einer verschwenkbaren Drehscheibe, in die ein Hohlkugelabschnitt eingeformt ist. Der Hohlkugelabschnitt umschmiegt die rotatorisch angetriebene Kugel teilweise. Diese Umschmiegung ist begrenzt durch die Antriebswelle, die die Kugel antreibt. Gegebenenfalls wird diese Umschmiegung zusätzlich durch eine hier nicht gezeigte Lagerung begrenzt. Aus der Hohlkugelfläche ragt ein kleines Mitnehmerelement nach innen heraus und greift in die gegenüberliegende Steuernut ein. Die schwenkbare Drehscheibe ist drehfest mit einer Abtriebswelle verbunden, die unter einem Winkel Alpha zu der Antriebswelle angeordnet ist.
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Desweiteren ist eine derartige Vorrichtung aus
US 2 591 796 A bekannt. Dort wird ein Plattenspieler mit einem komplexen Plattenwechselmechanismus beschrieben, der nach dem Abspielen der einen Schallplatte die nachfolgende Schallplatte aus einer Lagerposition in eine Abspielposition überführt. Dort ist ein Kurvengetriebe vorgesehen, das eine in eine Kugeloberfläche eingeformte Nutkurve enthält, in die intermittierend zwei Steuerbolzen eingreifen. Diese sind in die Steuernut einkoppelbar und auskoppelbar und mit einem schwenkbaren, zweiseitigen Hebel verbunden. Dieser steuert über weitere Mechanismen das Nachlegen der aufeinander folgenden Schallplatten aus dem Plattenspeicher.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative Vorrichtung zum Übertragen von Drehbewegungen anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Grundgedanke der Erfindung ist, ein Getriebe vorzusehen, welches ein Übertragungselement mit einer räumlichen beispielsweise kugel- oder ellipsenförmigen 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.
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In einer Ausgestaltung weist das Übertragungselement eine Steuerkurve auf, in die ein Steuerelement eingreift, das über ein Abtriebselement mit einem weiteren Übertragungselement, hier in Form einer Abtriebswelle, verbunden ist. Alternativ kann das Steuerelement durch einen Wälzkörper dargestellt werden, der entlang der Steuerkurve 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 Steuerelements in die Steuerkurve gewährleistet. Dabei wird ein ellipsenförmiges Übertragungselement dann verwendet, wenn ein Versatz zwischen der Antriebs- und Abtriebswelle nötig ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerkurve ring- oder schraubenförmig an der Oberfläche oder im Körper des Übertragungselements angeordnet. Bei einer ringförmigen Anordnung ist die Steuerkurve 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 momentanen Neigung des Ringes gegenüber der Längsachse der Antriebswelle. Derartige Getriebe können beispielsweise bei Scheibenwischerantrieben in Fahrzeugen eingesetzt werden.
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Bei kugelförmiger Grundform des Übertragungselements und ringförmiger Steuerkurve kann das Steuerelement durch Kugeln eines Kugellagers verwirklicht werden. Dabei wird die Innenbahn [der Innenring] des Kugellagers durch die Steuerkurve gebildet oder die Innenbahn ist auf die Steuerkurve aufgebracht. Die Außenbahn (der Außenring] des Kugellagers ist mit der Abtriebswelle kraftschlüssig verbunden.
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Bei einer schraubenförmigen Anordnung der Steuerkurve 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 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 Steuerkurve das Übersetzungsverhältnis des Getriebes festgelegt.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die schraubenförmige Steuerkurve zumindest abschnittsweise eine unterschiedliche Steigung auf. Dadurch kann eine variable Übersetzung zwischen Antriebs- und Abtriebswelle verwirklicht werden.
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Beispielsweise können die Windungen der Steuerkurve 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.
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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 das Steuerelement 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.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist eine Stelleinrichtung, beispielsweise ein Stellmotor, vorhanden, mittels dessen die Lage des Steuerelements relativ zum Abtriebselement veränderbar ist. Ein Verschwenken des Steuerelements bewirkt eine Schwenkbewegung des Abtriebselements und somit ein Verschwenken der mit dem Abtriebselement verbundenen Antriebswelle. Da ein Verschwenken des Steuerelements unabhängig von einer Drehbewegung der Antriebswelle eine Schwenkbewegung der Abtriebswelle hervorruft, kann somit eine Überlagerung einer Schwenkbewegung erzeugt werden.
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Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Lenkgetriebe eines Fahrzeuges kann somit ein Überlagerungsgetriebe verwirklich werden, mit dem ein das Fahrverhalten des Fahrzeugs 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 werden, wenn von einer Regelung ein instabiler Fahrzustand detektiert wird. Ebenso ist ein beispielsweise die Agilität des Fahrzeugs erhöhender Lenkwinkel einstellbar.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Steuerkurve zumindest abschnittsweise einen bogenförmig ausgebildeten Querschnitt auf. Insbesondere ist das bogenförmige Segment kreisförmig ausgebildet, so dass bei Eingriff des Steuerelements in die Steuerkurve unabhängig vom Grad der Verschwenkung des Steuerelements dessen Längsachse stets senkrecht zur Oberfläche der Steuerkurve verläuft. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Übertragungselement hohl ist und/oder eines durchlässige Oberfläche aufweist. So kann beispielsweise ein leichtes Getriebe verwirklicht werden. Die notwendige Steifigkeit zu 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 Steuerkurve und zwischen den Windungen verlaufende Verbindungen gebildet sein.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1: eine Draufsicht auf eine schematisch dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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2: eine Seitenansicht einer Ausführungsform gem. 1.
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3: eine um 90° gegenüber 2 gedrehte Seitenansicht bei mittiger Stellung eines Steuerelements einer weiteren Ausführungsform mit Stelleinrichtung am Abtriebselement,
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4: eine Detailansicht eines Querschnitts einer Nut im Übertragungselement.
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1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in der 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 Steuerkurve 40 eingearbeitet, die sich zwischen zwei Anschlägen 41 schraubenförmig um eine Längsachse 7 der Antriebswelle 5 entlang der Kugeloberfläche 33 erstreckt.
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In 1 weisen die Windungen 42 der Steuerkurve 40 eine konstante Steigung auf. Möglich ist jedoch auch, eine Steuerkurve 40 mit abschnittsweise unterschiedlicher Steigung vorzusehen, insbesondere, im Bereich der Kugelmitte 34 eine geringe Steigung und an den Anbindungsstellen 31, 32 zugewandten Bereichen eine größere Steigung vorzusehen.
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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.
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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 Abtriebselements 10 ist ein Steuerelement 20 angeordnet, das in die Steuerkurve 40 eingreift. Das Steuerelement 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 das Abtriebselement 15 die Form einer Klammer oder eines Halbrings aufweisen und auf der der Abtriebswelle 10 gegenüberliegenden Seite des Übertragungselements 30 drehbeweglich gelagert sein.
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Das Abtriebselement 15 kann jedoch auch einen zweiten Arm aufweisen, der zusammen mit dem bereits erwähnten ersten Arm des Abtriebselements 15 eine Klaue bildet. An der dem Übertragungselement 30 zugewandten Ende des zweiten Arms ist dabei ebenfalls ein Steuerelement 20 angeordnet, der in die Steuerkurve 40 eingreift. Der Eingriff in die Steuerkurve 40 würde in der in 1 dargestellten Stellung in der Nähe des rechten Anschlags 41 der Steuerkurve 40 erfolgen. Eine derartige Klauenkonstruktion setzt voraus, dass die Steigung der Steuerkurve 40 entlang der Längsachse 7 der Antriebswelle 5 punktsymmetrisch zum Mittelpunkt 34 des kugelförmigen Übertragungselements 30 ausgebildet ist.
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Auf eine solche symmetrische Ausführungsform ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Vielmehr kann eine Asymmetrie in der Steigung der Steuerkurve 40 beispielsweise zwischen linker und rechter in der 1 dargestellten Hälfte des Übertragungselements 30 vorliegen. Sinnvollerweise wurde dabei lediglich ein Arm des Abtriebselements 15 vorhanden sein, um ohne Verzwängungen nur ein Steuerelement 20 in der Steuerkurve 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.
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Es ist leicht nachzuvollziehen, dass der oder die Arme des Abtriebselements 15 auch bogenförmig beispielsweise äquidistant zur Oberfläche 33 des kugelförmigen Übertragungselements 30 ausgeführt sein kann bzw. können.
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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 das Abtriebselement 15 in einer annähernd orthogonal zur Längsachse 7 der Antriebswelle 5 verlaufenden Mittelstellung dargestellt.
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In 2 weist die Steuerkurve 40 eine inkonstante Steigung auf. Es ist das Steuerelement 20 zu erkennen, das am Abtriebselement 15 drehbeweglich gelagert ist. Dazu wird das Steuerelement 20 über zwei Lager 22 im Gehäuse 17 einer mit dem Abtriebselement 15 verbundenen Führungseinheit 16 abgestützt. Die Lager 22 können dabei als Wälz- oder Nadellager ausgebildet sein. Durch die drehbewegliche Lagerung des Steuerelements 20 kann das Steuerelement 20 an einer Seitenwand 43 der Steuerkurve 40 abgewälzt werden. Dadurch wird Haft- und Gleitreibung zwischen dem in die Steuerkurve 40 eingreifenden Teil des Steuerelements 20 und der Seitenwand 43 der Steuerkurve 40 verringert.
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In 3 ist eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt. Zwischen der Führungseinheit 16 und dem Abtriebselement 15 ist eine Stelleinrichtung 18 z. B. ein elektrischer Stellmotor angeordnet, über den die Lage der Führungseinheit 16 und somit der Längsachse 21 des Steuerelements 20 relativ zum Abtriebselement 15 verändert werden kann. Wird die Führungseinheit 16 um die Längsachse 19 der Stelleinrichtung 18 verschwenkt, verläuft sodann die Längsachse 21 des Steuerelements 20 nicht mehr orthogonal zur Längsachse 12 der Abtriebswelle 10, sondern weist keinen Schnittpunkt mehr mit dieser auf.
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Eine derartig verschwenkte Stellung des Steuer-Fingers 20 ist in 4 dargestellt, wobei lediglich ein Ausschnitt des Übertragungselements 30 geschnitten dargestellt ist. Deutlich ist im Querschnitt die Kontur der Steuerkurve 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 Steuerelements 20 kann eine Kugel 23 gelagert sein, durch die die Reibung zwischen dem Steuerelement 20 und der Steuerkurve 40 verringert werden kann.
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Durch Verschwenken der Längsachse 21 des Steuerelements 20 erfolgt eine Schwenkbewegung der Führungseinheit 16, wodurch über das Abtriebselement 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, als ein durch die Steigung der Steuerkurve 40 des Übertragungselements 30 hervorgerufener Verschwenkwinkel bei Getrieben ohne Schwenkmotor 18.
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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.
