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Die
Erfindung betrifft ein Lenksystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Solche
Lenksysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt (
EP 0 981 473 B1 ;
DE 100 15 922 A1 ).
In
EP 0 981 473 B1 ist
eine Sicherheitskupplung für
Lenksysteme, die nach dem „steer-by-wire"-Prinzip arbeiten,
offenbart. Bei diesen Lenksystemen erfolgt die Ansteuerung des Lenkstellantriebs
im Normalbetrieb über
ein elektronisches Steuergerät,
d.h. die vom Fahrer über
das Lenkmittel (beispielsweise ein Lenkrad) abgegebenen Stellsignale
werden zunächst
an ein elektronisches Steuergerät
gegeben, dort verarbeitet, und danach sendet das Steuergerät die nach
der Verarbeitung erhaltenen neuen Stellsignale an den Lenkstellantrieb. „Normalbetrieb" bedeutet hier den
Betrieb ohne Störung
der Stromversorgung des Fahrzeugs. Es versteht sich, dass z.B. bei einem
Totalausfall der Stromversorgung die „steer-by-wire"-Lenkung nicht mehr
funktioniert. Für diesen
Fall muss daher eine mechanische Sicherheitskupplung vorgesehen
sein, welche bei Stromausfall wirksam wird und eine mechanische Zwangskopplung
zwischen dem Lenkmittel und dem Lenkstellantrieb herstellt, damit
das Fahrzeug auch bei Stromausfall sicher gesteuert werden kann.
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Bei
der zu diesem Zweck in der
EP
0 981 473 B1 vorgeschlagenen Sicherheitskupplung ist vorgesehen,
dass die Kupplung ständig
von einer Schließkraft
beaufschlagt wird und durch einen durch Energiezufuhr wirksam werdenden
Aktuator gegen die Schließkraft
auftrennbar ist (vgl. Patentanspruch 3; Spalte 2, Zeile 48 bis Spalte
3, Zeile 1). Der die Kupplung betätigende Aktuator kann dabei
als elektromagnetischer Aktuator ausgebildet sein (vgl. Patentanspruch
4; Spalte 9, Zeilen 2 bis 10). In
EP 0 981 473 B1 ist jedoch nicht offenbart,
wie ein solcher elektromagnetischer Aktuator aufgebaut sein kann.
Des Weiteren findet sich in dieser Druckschrift in Spalte 3, Zeile
29 der allgemeine Hinweis, dass die Kupplung kraftschlüssig und/oder
formschlüssig
arbeiten kann, jedoch ist keine Ausführungsform offenbart, in der eine
formschlüssig
arbeitende Kupplung verwendet wird. Stattdessen werden ausschließlich Ausführungsformen
mit kraftschlüssig
arbeitender Kupplung (Patentanspruch 9), insbesondere Lamellenkupplung (Patentanspruch
10), sowie hydraulischem Aktuator (
2)
beschrieben.
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Um
z.B. bei Stromausfall eine sichere Drehmomentübertragung durch die in
EP 0 981 473 B1 offenbarte
kraftschlüssige
Lamellenkupplung zu gewährleisten,
muss die Feder, welche die Kupplung mit der ständig wirksamen Schließkraft beaufschlagt, so
groß dimensioniert
sein, dass ihre Federkraft ausreicht, um den Kraftschluss in der
Kupplung sicherzustellen. Dies bedeutet jedoch, dass während des
Normalbetriebs ständig
eine der Federkraft entgegenwirkende Rückstellkraft aufgebracht werden
muss, die größer ist
als die Federkraft, damit die Sicherheitskupplung im ausgekuppelten,
geöffneten
Zustand gehalten wird. Der Energieaufwand zum Aufbringen dieser
Rückstellkraft
ist daher sehr groß.
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Der
gleiche Nachteil besteht bei dem aus
DE 100 15 922 A1 bekannten Lenksystem. Auch
hier arbeitet die Sicherheitskupplung kraftschlüssig, und der für das Halten
der Kupplung im ausgekoppelten Zustand erforderliche Energieaufwand
ist hoch, da die für
einen Kraftschluss notwendige hohe Federkraft überwunden werden muss.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lenksystem gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 vorzuschlagen, bei dem der Energieaufwand
für das
Halten der Sicherheitskupplung im ausgekuppelten Zustand während des
Normalbetriebs minimal ist.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass Mittel vorgesehen sind, mit denen Formschlusselemente in eine
einen Formschluss zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle
herstellende Position bewegbar sind, und dass die Mittel derart
ange ordnet sind, dass sie während
der Überführung des Betätigungselements
von der geöffneten
in die geschlossene Stellung die Formschlusselemente in die den
Formschluss herstellende Position bewegen.
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Bei
der Erfindung arbeitet die Sicherheitskupplung formschlüssig, sodass
die für
das sichere Einkuppeln benötigte
Federkraft nicht so groß sein muss,
wie bei einer kraftschlüssigen
Kupplung. Es reicht aus, wenn die Federkraft hinreichend groß ist, um
die erfindungsgemäß vorgesehenen
Formschlusselemente in eine Positon zu bewegen, in der sie den Formschluss
zwischen der An- und der Abtriebswelle bewirken. Da die Formschlusselemente
z.B. als Wälzkörper ausgebildet
sein können,
ist die Kraft, die zum Bewegen der Formschlusselemente in die den Formschluss
herstellende Position notwendig ist, sehr gering im Vergleich zu
der Kraft, die zur Herstellung eines Kraftschlusses im Fall einer
kraftschlüssigen
Kupplung nach dem Stand der Technik erforderlich ist. Dies bringt
zum einen den Vorteil, dass die für das Offenhalten der Kupplung
während
des Normalbetriebs benötigte
Rückstellkraft
ebenfalls gering ist, wodurch der zur Erzeugung der Rückstellkraft
erforderliche Energieaufwand minimal wird. Zum anderen benötigt die
Feder aber auch einen geringeren Bauraum, da sie erheblich kleiner
dimensioniert werden kann. Eine solche kleinere Feder wiegt außerdem weniger,
sodass auch Gewicht eingespart wird.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das elektromagnetische
Aggregat, mit dem die der Federkraft entgegenwirkende Rückstellkraft
erzeugt wird, als stromdurchfließbare Spule ausgebildet, die
koaxial zur Antriebswelle angeordnet ist. In diesem Fall ist es
zur Erzielung einer kleinen, kompakten Bauweise der Kupplung vorteilhaft, wenn
das Betätigungselement
als eine koaxial zur Antriebswelle und damit auch zur Spule angeordnete Hülse ausgebildet
ist. Bei dieser Konstruktionsweise übernimmt die stromdurchfließbare Spule
die Funktion eines Hubmagneten und das Betätigungselement die des Ankers
des Hubmagneten.
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Prinzipiell
funktioniert die Erfindung auch dann, wenn das Betätigungselement
von der Spule umgeben wird, d.h. also der Innendurchmesser der Spule
größer ist
als der Außendurchmesser
des Betätigungselements.
In diesem Fall würde
man jedoch die Spule mit einer Außenhülle (z.B. aus Stahl) umgeben
müssen,
um den Magnetrückfluss
zu gewährleisten.
Dies wäre
teuer und würde
bedeuten, dass ein zusätzliches
Bauteil, nämlich
die Außenhülle, vorgesehen
werden muss. Außerdem
wäre es
auch erforderlich, die Antriebswelle aus speziellem schwachmagnetischem
Material zu fertigen. Dies ist aufwendig und erhöht die Kosten.
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Es
ist daher eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung, wenn das hülsenförmige Betätigungselement
die Spule zumindest teilweise umschließt. Dadurch wirkt das Betätigungselement
als außenliegender
Anker eines Hubmagneten, und der Magnetrückfluss kann über das
außen
liegende Betätigungselement
erfolgen. Eine zusätzliche
Außenhülle ist
nicht mehr erforderlich. Es ist auch nicht erforderlich, die Antriebswelle
aus einem schwachmagnetischen Werkstoff zu fertigen. Dies führt zu einer einfacheren
Konstruktion und geringeren Herstellungskosten.
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Zur
Erzielung eines konstruktiv einfachen Aufbaus der Kupplung ist es
zweckmäßig, wenn
die Mittel zum Bewegen der Formschlusselemente mit dem Betätigungselement
unmittelbar verbunden sind. Dadurch können zusätzliche Verbindungsteile zwischen
dem Betätigungselement
und den Mitteln vermieden werden. Besonders einfach ist der konstruktive
Aufbau, wenn das Betätigungselement
und die Mittel ein einziges integrales Bauteil bilden.
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Um
den Formschluss zur Drehmomentübertragung
zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle herzustellen, sind
die Formschlusselemente in einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung als Wälzkörper ausgebildet,
die in einem Käfig
gehalten sind, welcher drehfest mit der Antriebswelle verbunden
ist. Gleichzeitig sind an dem der Antriebswelle zugewandten Ende
der Abtriebswelle Ausnehmungen vorgesehen, die zur Aufnahme der
Wälzkörper dienen
und zu diesem Zweck eine Form aufweisen, die der Außenform
der Wälzkörper entspricht.
Wenn die Wälzkörper von
dem Betätigungselement
in die Ausnehmungen bewegt worden sind, dann ist der Formschluss
hergestellt und Drehmomente können von
der Antriebswelle über
den Käfig
auf die Wälzkörper und
von diesen dann über
die Ausnehmungen in die Abtriebswelle eingeleitet werden. Zur Herstellung
der formschlüssigen
Kopplung von Antriebs- und Abtriebswelle müssen also lediglich die Wälzkörper von
dem Betätigungselement
in die Ausnehmungen der Abtriebswelle bewegt werden. Hierfür wird eine
um ein Vielfaches geringere Kraft benötigt als für das Herstellen eines Kraftschlusses
im Fall einer kraftschlüssigen
Kupplung erforderlich wäre.
Daher kann die für
das Bewegen des Betätigungselements erforderliche
Federkraft sehr gering gewählt
werden. Dies führt
wiederum dazu, dass die für
das Halten der Kupplung im ausgekuppelten Zustand notwendige Rückstellkraft
entsprechend gering ist, sodass der Energieaufwand für die Erzeugung
der Rückstellkraft minimiert
ist.
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Der
die Wälzkörper haltende
Käfig kann
als separates Bauteil ausgeführt
sein, welches drehfest mit der Antriebswelle verbunden, z.B. verschraubt
ist. Eine einfachere und robustere Konstruktion wird jedoch dadurch
erreicht, dass der Käfig
einstückig
mit der Antriebswelle ausgebildet ist.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Wälzkörper als
Kugeln und die Ausnehmungen in der Abtriebswelle als sich axial
erstreckende, im Wesentlichen halbkreisförmige Längsnuten ausgebildet. Der Radius
dieser im Wesentlichen halbkreisförmigen Längsnuten ist so groß gewählt, dass
die Wälzkörper mindestens
so weit in die Ausnehmungen eindringen können, wie dies für die Erzielung
des notwendigen Formschlusses zur Drehmomentübertragung erforderlich ist.
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Wenn
das Betätigungselement
als im Wesentlichen zylindrische Hülse ausgebildet ist, so können die
Mittel zum Bewegen der Formschlusselemente einfach und Platz sparend
durch die Innenkontur einer in der Hülse an ihrem der Abtriebswelle
zugewandten Ende angeordneten Bohrung gebildet werden. Eine geeignete
Bohrung weist dabei mindestens einen zylindrischen Abschnitt auf,
dessen Innendurchmesser an den Außendurchmesser der Antriebswelle
angepasst ist. Wenn sich die Kupplung im eingekuppelten Zustand
befindet und folglich die als Wälzkörper ausgebildeten
Formschlusselemente sich in den Ausnehmungen der Abtriebswelle befinden, überdeckt
der zylindrische Abschnitt der Bohrung die Ausnehmungen zumindest
teilweise und hält
somit die Wälzkörper in
den Ausnehmungen fest. Die Wälzkörper können auf
diese Weise nicht radial aus den Aufnahmen entweichen und der Formschluss
ist sichergestellt. Weiterhin weist die Bohrung einen sich von dem
zylindrischen Abschnitt in Richtung Abtriebswelle konisch erweiternden
Abschnitt auf. Dieser konische Abschnitt dient dazu, die Wälzkörper während des
Bewegens des Betätigungselements
von der geöffneten
in die geschlossene Stellung in die Ausnehmungen zu bewegen. Da die
Wälzkörper an
der konisch geneigten Fläche
dieses Bohrungsabschnitts abrollen können, kann es zu keinem Verkanten
oder sonstigen Problemen kommen und ein strömungsfreier Bewegungsablauf
ist gewährleistet.
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Im
einfachsten Fall erfolgt die Bewegung des Betätigungselements von der geöffneten
in die geschlossene Stellung durch axiales Verschieben, d.h. durch
eine Translationsbewegung. Es ist jedoch auch möglich, das Betätigungselement
an seinem Außenumfang
in einer Schraubführung
zu halten, sodass die von der Feder auf das Betätigungselement ausgeübte Kraft
in eine geführte
Schraub-Drehbewegung des Betätigungselements
umgesetzt wird.
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Alternativ
zur Ausgestaltung als Wälzkörper können die
Formschlusselemente beispielsweise auch als Zahnkranz ausgebildet
sein, der verdrehfest und axial verschiebbar auf der Antriebswelle
sitzt. Wird das Betätigungselement
in die geschlossene Stellung bewegt, so schiebt es den Zahnkranz
axial in Richtung Abtriebswelle und bringt ihn mit einer entsprechenden
Verzahnung der Abtriebswelle in Eingriff. Auch bei dieser Ausführungsform
ist der Energieaufwand zur Herstellung des Formschlusses sehr viel
geringer als der zur Herstellung eines Kraftschlusses notwendige
Energieaufwand.
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Grundsätzlich kommt
es bei der Erfindung nicht in erster Linie darauf an, wie der Formschluss konkret
konstruktiv umgesetzt wird. Hierfür gibt es mehrere Möglichkeiten,
die dem Fachmann im Prinzip bekannt sind. Das Grundprinzip der Erfindung
besteht vielmehr darin, die für
das Halten der Kupplung im ausgekuppelten Zustand während des
Normalbetriebs notwendige Kraft dadurch minimal zu halten, dass
die für
das Einkuppeln benötigte,
im Normalbetrieb permanent auf das Betätigungselement einwirkende
Federkraft minimal gehalten wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, dass die Federkraft nur noch zur Herstellung eines Formschlusses benötigt wird
und nicht mehr – wie
beim Stand der Technik – zur
Erzielung eines Kraftschlusses.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel
zeigenden Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen
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1 schematische Prinzipdarstellung
eines aus dem Stand der Technik bekannten „steer-by-wire"-Lenksystems;
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2 Axialschnitt der Sicherheitskupplung im
ausgekuppelten Zustand;
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3 Axialschnitt der Sicherheitskupplung im
eingekuppelten Zustand;
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4 Detail „X" der 3 (eingekuppelter Zustand) im Axialschnitt;
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5 Detail „X" der 3 (eingekuppelter Zustand) im Radialschnitt;
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6 Detail „X" der 2 (ausgekuppelter Zustand) im Axialschnitt;
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7 Detail „X" der 2 (ausgekuppelter Zustand) im Radialschnitt.
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Der
in 1 gezeigte schematische
Aufbau einer Lenkvorrichtung 29 als „steer-by-wire"-Anordnung
entspricht dem Stand der Technik. Sie besteht unter anderem aus
einem Steuerrad 20, einer Lenksäule 21, der Sicherheitskupplung 1,
dem Lenkgetriebe 22 und den beiden Spurstangen 24.
Die Spurstangen 24 werden durch die Zahnstange 23 angetrieben.
Als Antrieb dient die aus den Komponenten Servomotor 25,
gegebenenfalls einer Sensoranordnung (hier nicht dargestellt) und
beispielsweise dem Kugelgewindetrieb 27 gebildeten Antriebseinheit.
Die Elemente 22, 23 und 24 bilden eine
kinematische Kette, die in den Patentansprüchen und der Beschreibung als „Lenkstellantrieb" bezeichnet ist.
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Im
Normalbetrieb wird der Fahrerwunsch durch das Steuerrad 20 über eine
hier nicht gezeigte Sensorik als Signal 281 in ein Steuergerät 28 eingespeist.
Im Steuergerät 28 wird
daraus, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines Sensorsignals der
Antriebseinheit (hier nicht dargestellt), die entsprechende Steuerspannung 282 für den Servomotor
oder Elektromotor 25 bestimmt und an diesen ausgegeben.
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Die
Erfindung bezieht sich auf die in 2 im Axialschnitt
näher dargestellte
Sicherheitskupplung 1, welche in der Anordnung gemäß 1 in der Lenkvor richtung 29 für ein Kraftfahrzeug
vorgesehen ist. Für
den Normalbetrieb, bei dem das Steuergerät 28 und die Antriebseinheit
die Funktion der Lenkung ordnungsgemäß ausführen, ist die Sicherheitskupplung 1 ausgekuppelt.
Dazu wird das Signal 8 vom Steuergerät an die Sicherheitskupplung 1 ausgegeben.
Für den
Fall, dass es zu Störungen
der oben genannten normalen Betriebsweise kommt, wird das Signal 8 unterbrochen,
sodass die Sicherheitskupplung 1 automatisch einkuppelt
und die Lenkung des Fahrzeuges auf herkömmliche Weise über die
mechanischen Komponenten 22, 23, 24 des
Lenksystems erfolgt. Im einfachsten und gleichzeitig gravierendsten Fall
kann die Störung
in einem totalen Stromausfall der Bordspannung des Fahrzeugs bestehen.
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Die
in 2 dargestellte Sicherheitskupplung 1 umfasst
als Hauptkomponenten: eine Antriebswelle 3; eine Abtriebswelle 2;
Wälzkörper 7 zur Drehmomentübertragung;
einen mit der Antriebswelle 3 drehfest verbundenen Käfig 6,
in dem die Wälzkörper 7 gehalten
sind; eine auf, in oder an der Abtriebswelle 2 angeordnete
Oberfläche
mit Ausnehmungen 10, in die die Wälzkörper 7 zur Herstellung eines
Formschlusses eingreifen können;
ein Betätigungselement 5 zum
Bewegen der Wälzkörper 7 in die
den Formschluss herstellende Position; eine Feder 9 zum
Bewegen des Betätigungselements 5;
eine elektromagnetische Spule 4, die im Normalbetrieb eine
der Federkraft der Feder 9 entgegenwirkende Rückstellkraft
auf das Betätigungselement 5 ausübt.
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In
der 2 ist die bevorzugte
Ausführungsform
der Sicherheitskupplung 1 im axialen Längsschnitt im ausgekuppelten
Zustand dargestellt. In den 6 und 7 sind die zugehörigen Detail-Ausschnitte „X" vergrößert gezeigt.
Das Signal 8, ein Stromfluss, wird im Normalbetrieb permanent
in die Spule 4 eingeleitet. Dadurch wird ein Magnetfeld
erzeugt, das das Betätigungselement 5 in
die in 2 dargestellte
geöffnete
Position (ausgekuppelter Zustand) zieht (in 2 nach rechts). Das Betätigungselement 5 wird
durch das Magnetfeld, analog zu einem Eisenkern einer Magnetspule
bei Stromfluss, gegen die Federkraft der Feder 9 angezogen.
Die Feder 9 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Druckfeder
ausgebildet.
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Durch
die Drehung der Antriebswelle 2 und die durch das Magnetfeld
erzeugte magnetische Kraft werden die Wälzkörper 7 nach außen gedrückt bzw.
gezogen und kommen zur Anlage an der Innenkontur 11 (vgl. 6 und 7) des Betätigungselementes 5.
Dadurch stehen die Wälzkörper nicht
mehr im Eingriff mit den Ausnehmungen 10 der Abtriebswelle 2.
Die Sicherheitskupplung 1 ist getrennt und die Verstellung
der Räder
erfolgt ausschließlich
durch die servomotorische Antriebseinheit 25, 27.
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Wie
aus der Analogie mit dem Eisenkern einer Magnetspule ersichtlich
ist, werden für
den Aufbau der Sicherheitskupplung 1 in der bevorzugten Ausführungsform
keinerlei Permanentmagneten benötigt.
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Tritt
in der Stromversorgung oder im Steuergerät oder auf sonstige Weise eine
Störung
auf, so wird der Stromfluss 8 unterbrochen und die Sicherheitskupplung
kuppelt automatisch ein, weil dann die elektromagnetische Rückstellkraft
fehlt, die das Betätigungselement 5 gegen
die Federkraft der Feder 9 in der ausgekuppelten Stellung
hält.
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Die 3, 4 und 5 zeigen
den eingekuppelten Zustand. Der Stromfluss 8 ist unterbrochen.
Die Spule 4 erzeugt kein Magnetfeld mehr. Die Feder 9 drückt das
Betätigungselement 5 in
die in 3 dargestellte
geschlossene Stellung. Die Wälzkörper 7 werden
von der Innenkontur 11 (vgl. 4 und 5) des Betätigungselements 5 in
Richtung der Ausnehmungen 10 der Abtriebswelle 2 gedrückt. Die
Wälzkörper 7 greifen
damit in die Ausnehmungen 10 der Abtriebswelle 2 ein.
Gleichzeitig sind die Wälzkörper 7 im
Käfig 6 gehalten.
Der Käfig 6 ist
drehfest mit der Antriebswelle 3 verbunden. In dem in den
Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel
sind der Käfig 6 und
die Antriebswelle 3 sogar einteilig ausgebildet.
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Das
Drehmoment wird entsprechend von der Antriebswelle 3 über den
Käfig 6 über die
Wälzkörper 7 in
die Ausnehmungen 10 und somit in die Antriebswelle 2 geleitet.
Da die Wälzkörper 7 im
ausgekuppelten Zustand sich an der Oberfläche der Innenkontur 11 abwälzen, muss
von der Federkraft der Feder 9 während des Einkuppelns keine
Haftreibung, sondern nur die Gleitreibung oder im günstigsten
Fall nur die Rollreibung überwunden
werden. Die dafür
notwendige Kraft ist um ein Vielfaches geringer als die Kraft, die
zur Erzeugung eines Kraftschlusses benötigt werden würde, wenn
die Kupplung als Kraftschlusskupplung wie im Stand der Technik ausgebildet
wäre. Daher
kann die Feder 9 bei der Erfindung wesentlich kleiner ausgelegt
und dimensioniert werden, und es ist nur eine entsprechend kleine
Rückstellkraft
zum Halten der Kupplung im ausgekuppelten Zustand erforderlich.
Dadurch gelingt es, den Energiebedarf im Normalbetrieb minimal zu
halten.
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Im
eingekuppelten Zustand werden die Wälzkörper 7 in den Ausnehmungen 10 durch
die Oberfläche
des zylindrischen Teils der Innenkontur 11 des Betätigungselements 5 gehalten.
Auf diese Weise entsteht ein Formschluss zwischen der Antriebswelle 3 und
der Abtriebswelle 2, der die Drehmomentübertragung ermöglicht.
Im eingekuppelten Zustand wälzen
die Wälzkörper 7 nicht.
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Mit
der Erfindung wird eine Lösung
für eine Sicherheitskupplung
bereit gestellt, die mit minimalem Energiebedarf und technisch einfachem
Aufbau die notwendigen Funktionen erfüllt. Die erfindungsgemäße Bauweise
beansprucht im Vergleich zum Stand der Technik sehr wenig Bauraum.
Der geringe Bauraumbedarf hat zusätzlich noch Vorteile bei einem
Fahrzeugcrash, da das Eindringen von Bauteilen in die Fahrgastzelle
leichter verhindert werden kann. Außerdem benötigt die in der vorliegenden
Erfindung vorgestellte Sicherheitskupplung kein Hydrauliköl, welches
im Crashfall auslaufen und Umweltschäden verursachen könnte. Dadurch
werden Kosten im Vergleich zu Lösungen
mit Hydraulikölbedarf
eingespart.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin,
dass die Magnetspule 4 ortsfest ausgebildet ist, sodass
keine Dreheinführung der
das Signal 8 übermittelnden
Stromversorgung erfolgen muss. Da die Feder 9 nur so stark
ausgebildet sein muss, wie es zur Sicherstellung der Funktion unter
allen Betriebszuständen
erforderlich ist, ist der Energiebedarf für das offen Halten der Sicherheitskupplung
im Normalbetrieb nur sehr gering.
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Im
Gegensatz zum Stand der Technik spielt die Drehlage des Betätigungselementes 5 im
Verhältnis
zu den übrigen
Komponenten der Sicherheitskupplung 1 keine Rolle. Die
Sicherheitskupplung 1 funktioniert in jeder Drehlage. So
wird in der bevorzugten Ausführungsform
das Betätigungselement 5 in
Bezug auf die Drehlage nicht festgelegt, die Betätigung erfolgt nur durch eine
reine Translation und die Feder 9 ist als einfache Druckfeder
ausgebildet.
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Daraus
ergibt sich der weitere Vorteil der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, dass die Sicherheitskupplung 1 sehr schnell
einkuppelt, da keine zeitverzögernden
schraubenförmigen
Bewegungen des Betätigungselementes 5 für das Einkuppeln
erforderlich sind. Auch muss keine genaue Drehlage zur Herstellung
des Formschlusses sichergestellt werden, was die Sicherheit des
Systems erhöht.
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Ein
weiterer wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht im einfachen
Aufbau, der ohne zusätzliche
Sensorik zur Erfassung des Ein- oder Auskuppelzustandes der Sicherheitskupplung auskommt.
Auch können
die Toleranzen der einzelnen Bauteile relativ großzügig bemessen
sein, da dieses System nur als Notfallsystem für eine kurze Wegstrecke genutzt
werden soll. So ist es z.B. ohne weiteres denkbar, an die Unterbrechung
des Signalstroms für
das Signal 8 ein Signal für eine Geschwindigkeitsbegrenzung
an das Motormanagementsystem zu koppeln.
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Die
hier beschriebene Ausführungsform
der Efindung ist nur ein Ausführungsbeispiel.
Es ist jedoch alternativ dazu in gleicher Weise möglich, die Kontur
mit den Ausnehmungen 10 auf der Antriebswelle 3 anzuordnen.
Weiterhin kann die Kontur mit den Ausnehmungen 10 nicht
wie gezeigt als Innenkontur, sondern als Außenkontur ausgebildet sein.
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In
einer anderen, in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsform
ist der Durchmesser der inneren Öffnung
der Spule 4 größer als
der äußere Durchmesser
des Betätigungselementes 5,
sodass das Betätigungselement 5 im
ausgekoppelten Zustand in die innere Öffnung der Spule 4 eintaucht.
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Weiterhin
kann es bei bestimmten Bauraumbedingungen erforderlich werden, die
Kontur mit den Ausnehmungen 10 und entsprechend den Käfig 6 als flache
kreis förmige
Scheibe auszubilden. Der Formschluss kann auch in diesem Fall problemlos
sichergestellt werden. Entsprechend schließt wiederum das Betätigungselement 5 durch
die von der Feder 9 erzeugte Druck- oder Drehbewegung die
Kupplung.
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Auch
kann eine (in den Figuren nicht dargestellte) Sperrklinke vorgesehen
sein, die ausfährt, wenn
sich das Betätigungselement 5 im
ausgekoppelten Zustand befindet. Ist die Sperrklinke ausgefahren,
so setzt sie das Betätigungselement 5 axial fest
und nimmt die Druckkraft der Feder 9 auf. Es ist auf diese
Weise möglich,
die Feder 9 während
des Normalbetriebs in einem zusammengedrückten Zustand zu halten, in
dem die Kupplung ausgekoppelt ist. In diesem Fall ist es nicht erforderlich,
eine permanent anliegende Rückstellkraft
durch die elektromagnetische Spule 4 zu erzeugen, um die
Kupplung im ausgekuppelten Zustand zu halten. Vielmehr reicht es
in diesem Fall aus, dass ein dem Signal 8 vergleichbares
permanentes Stromsignal an der Sperrklinke anliegt, welches dafür sorgt,
dass die Sperrklinke ausgefahren ist. Fällt dieses Signal z.B. durch
Stromausfall weg, so wird die Sperrklinke automatisch eingezogen,
und die Kupplung kuppelt wie voranstehend beschrieben ein. Bei der
Lösung
mit der Sperrklinke ist der Energieaufwand im Normalbetrieb ebenfalls
sehr viel geringer als bei den aus dem Stand der Technik bekannten
Lösungen
mit kraftschlüssiger
Sicherheitskupplung, denn es muss lediglich so viel Energie aufgewendet
werden, wie erforderlich ist, um die Sperrklinke in ihrer ausgefahrenen
Position zu halten.
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- 1
- Sicherheitskupplung
- 2
- Abtriebswelle
- 3
- Antriebswelle
- 4
- Spule
- 5
- Betätigungselement
- 6
- Käfig
- 7
- Formschlusselemente
- 8
- Signal
- 9
- Feder
- 10
- Ausnehmungen
- 11
- Innenkontur
- 20
- Lenkmittel/Steuerrad
- 21
- Lenksäule
- 22
- Lenkgetriebe
- 23
- Zahnstange
- 24
- Spurstange
- 25
- Servomotor/Elektromotor
- 27
- Kugelgewindetrieb
- 28
- Steuergerät
- 29
- Lenkvorrichtung
- 281
- Fahrerwunsch-Signal
- 282
- Steuerspannung
- V
- Schnittebene
- X
- Ausschnitt/Detailansicht