DE3522300C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Servoeinheit nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Durch die US-PS 27 54 465 ist ein elektromagnetisches Servolenksystem für Kraftfahrzeuge bekannt. Dabei ist ein Gleichstrommotor koaxial auf einer Lenkwelle angeordnet, die zwischen einem Lenkrad als Eingangsglied und einem Zahnrad als Ausgangsglied des Servolenksystems angeordnet ist. Ein Drehmomentsensor in der Form eines bekannten Dehnungsmessers ist an der Lenkwelle befestigt. Er ermit­ telt zur Steuerung des Gleichstrommotors das vom Lenkrad an die Lenkwelle angelegte Drehmoment. Ein Problem besteht dabei darin, daß ein Drehmomentsensor in der Form eines Dehnungsmessers vor Störungen, die beispielsweise durch Staub, Feuchtigkeit und äußere Kräfte bewirkt werden, nicht geschützt ist. Außerdem erfolgt bei dem aus der US-PS 27 54 465 bekannten Servosystem die Leistungsunterstützung durch das Drehmoment vom Gleichstrommotor direkt an der Lenkwelle. Der Motor muß daher eine hohe Ausgangsleistung aufbringen und groß bemessen sein, so daß das gesamte System relativ groß ist. Ferner sind bei diesem bekannten Servosystem der Drehmomentsensor in der Form des Dehnungs­ messers und ein Begrenzungsschalter zur Ermittlung der Richtung der auf die Lenkwelle einwirkenden Belastung auf der Lenkwelle vom Gleichstrommotor getrennt vorgesehen. Außerdem ist an einem von der Lenkwelle getrennten Ort ein Verstärker mit einer Leistungseinheit vorgesehen, der Singale vom Drehmomentsensor und vom Begrenzungsschalter aufnimmt, um das Ausgangsdrehmoment des Gleichstrommotors zu steuern. Das Gesamtsystem ist daher kompliziert.

Durch die Druckschrift "Patents Abstracts of Japan" M - 257, Nov. 19, 1983, Vol. 7/Nr. 261, Patent-Nr. 58-1 41 963 ist ein elektromagnetisches Servolenksystem für Kraftfahrzeuge bekannt, das einen Elektromotor aufweist, der koaxial auf einer Ritzelwelle eines Zahnstangengetriebes angeordnet ist.

Der Drehmomentsensor zur Ermittlung des an die Ritzelwelle angelegten Drehmomentes und ein Steuermechanismus, für den Elektromotor sind vom Elektromotor getrennt vorgesehen, so daß das Servolenksystem in Bezug auf Störungen empfindlich und zudem kompliziert aufgebaut ist.

Außerdem wird bei diesem Servolenksystem der Elektromotor so gesteuert, daß er immer ein Ausgangsdrehmoment aufweist, das proportional zum Lenkdrehmoment ist, das vom Lenkrad an die Ritzelwelle angelegt wird. Dadurch wird ein unnötiger Leistungsverbrauch bewirkt.

Eine Servoeinheit der eingangs genannten Art ist durch die US Re 23 673 bekannt. Bei dieser Servoeinheit ist zwischen der ersten und zweiten Welle ein Sensor angeordnet, der bei einer Verdrehung der ersten Welle gegenüber der zweiten Welle über ein vorgegebenes Maß hinaus einen an die zweite Welle gekoppelten Elektromotor einschaltet, der die Verdre­ hung der zweiten Welle an diejenige der ersten Welle anzupassen versucht. Der genannte Sensor weist an der ersten und zweiten Welle befestigte Arme auf, die ineinan­ dergreifen und über elastisch nachgiebige Glieder miteinan­ der verbunden sind. Beim Überschreiten des vorgegebenen Maßes wird der Elektromotor mit einer Spannungsquelle verbunden. Bei der Verdrehung der ersten Welle gegenüber der zweiten Welle werden an der zweiten Welle befestigte Kohlenstoffscheiben, die einen elektrischen Widerstand bilden, durch ein relativ kleines Kontaktstück zusammenge­ drückt, das an der ersten Welle befestigt ist. Dabei verkleinert sich der Wert des elektrischen Widerstandes entsprechend der Zunahme des ausgeübten Druckes. Ein Pro­ blem besteht darin, daß das Kontaktstück relativ klein ist, so daß ein erheblicher Verschleiß und eine geringe Lebens­ dauer verursacht werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Servo­ einheit der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ihr Sensor vergleichsweise robust ist und den Elektromotor in gewünschter Weise steuert.

Diese Aufgabe wird durch eine Servoeinheit der eingangs genannten Art gelöst, die durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gekenn­ zeichnet ist.

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß die erfindungs­ gemäße Servoeinheit einen Sensor aufweist, der robust ist und den Elektromotor in der gewünschten Weise steuert. Vorteilhafterweise kann dieser Sensor wirksam vor Störungen geschützt werden, die beispielsweise auf Staub, Feuchtig­ keit und äußere Kräfte zurückzuführen sind.

Da die vorliegende Servoeinheit kompakt und leicht ist, kann sie vorteilhafterweise relativ billig hergestellt werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein unnötiger Leistungsverbrauch vermieden werden kann.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Servoeinheit, wobei ein Viertel weggeschnitten ist;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II der Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 1;

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines wesentli­ chen Bereiches, der eine Schleifringanordnung des Elektromotors der elektromagnetischen Servoein­ heit der Fig. 1 umfaßt;

Fig. 5 ein Schaltbild eines Betriebssteuerkreises des Elektromotors der elektromagnetischen Servoein­ heit der Fig. 1;

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines wesentli­ chen Bereiches der ersten Welle der elektromagne­ tischen Servoeinheit der Fig. 1;

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Servolenksystems mit der elektromagnetischen Servoeinheit der Fig. 1;

Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Servoeinheit, wobei ein Viertel weggeschnitten ist; und

Fig. 9 ein Schaltbild eines Betriebs­ steuerkreises für einen Elektromotor der elektromagneti­ schen Servoeinheit der Fig. 8.

In der Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein zylindri­ sches, äußeres Gehäuse einer ersten Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen elektromagnetischen Servoeinheit 100 bezeichnet. Das Gehäuse 1 besteht aus einem äußeren Joch 3, in den ein Gleichstrom-Elektromotor 2 eingebaut ist, einem ersten Ge­ häusebereich 7, der ein Kupplungsteil 6 aufnimmt, das zwischen einer ersten Welle 4 und einer zweiten Welle 5 angeordnet ist, und einem zweiten Gehäusebereich 10, in dem ein Untersetzungsgetriebe 8 und ein ein Drehmoment über­ tragendes Teil 9 zwischen der zweiten Welle 5 und dem Elektromotor 2 vorgesehen sind. Der zweite Gehäuse­ bereich 10, der ebenfalls im wesentlichen zylindrisch ist, weist einen kreisförmigen Deckel 11 auf, der in die linke Öffnung des zweiten Gehäusebereiches 10 eingepaßt ist. Die zweite Welle 5 ist in ihrem linken Bereich drehbar durch ein Lager 12 gelagert, das in dem mittleren Teil des Deckels 11 angeordnet ist. In ihrem rechten Bereich ist die zweite Welle 5 in einem weiteren Lager 13 gelagert, das in einem Bereich angeordnet ist, der weiter links liegt als der in Längsrichtung gesehene innere Endbereich der ersten Welle 4. Die erste Welle 4 und die zweite Welle 5 sind koaxial im Gehäuse 1 ange­ ordnet. Am rechten Ende der ersten Welle 4 und am linken Ende der zweiten Welle 5 ist jeweils eine Kerb­ verzahnung 4 a, 5 a vorgesehen, durch die eine Befestigung dieser Enden an entsprechenden, damit verbundenen ex­ ternen Teilen, die nicht dargestellt sind, sicherge­ stellt wird.

Der linke Bereich der ersten Welle 4 weist, wie dies aus der Fig. 6 ersichtlich ist, die Form eines zylin­ rischen Bereiches 4 b auf, der sich nach links öffnet, wobei der Bereich 4 b eine seitliche Kontur besitzt, die durch ein Paar von Sektoreinschnitten 28, 28 bestimmt wird, die in Bezug auf die Achse der Welle 4 symmetrisch zueinander liegen. Der linke zylindrische Bereich 4 b der Welle 4 besteht aus einem Bereich 4 c bzw. Arm mit einem großen Durchmesser, der die Sektoreinschnitte 28 aufweist, und einem angrenzenden Bereich 4 d mit einem kleinen Durchmesser, wobei zwischen dem Bereich 4 d mit dem kleinen Durchmesser und dem rechten Bereich der Welle 4, der die Kerbverzahnun­ gen 4 a aufweist, ein konischer Bereich 4 e ausgebildet ist.

An der rechten Endöffnung des ersten Gehäusebereiches 7 ist zwischen dem Innenumfang des ersten Gehäusebereiches 7 und dem Außenumfang des Bereiches 4 d mit dem kleineren Durch­ messer der ersten Welle 4 ein Lager 14 angeordnet, das die erste Welle 4 koaxial zur zweiten Welle 5 ausgerich­ tet hält.

Der Elektromotor 2 besteht aus symmetrisch angeordneten bogenförmigen Feldspulenanordnungen 15, die an dem Innenumfang des Joches 3 befestigt sind; und einem Anker 18 als Rotor, der an einem zylindrischen Körper 17 befestigt ist, der durch ein Lagerpaar 16, 16 auf dem mittleren Bereich der zweiten Welle 5 gelagert wird und sich um die zweite Welle 5 drehen kann. Bei der dargestellten Ausfüh­ rungsform ist ein Paar von Feldspulenanordnungen 15, 15 vorgesehen.

Der Anker 18 umfaßt, wie dies deutlich in der Fig. 3 dar­ gestellt ist, einen geschichteten Stahlkern als Anker­ kern 10 der an dem zylindrischen Körper 17 befestigt ist. Der Ankerkern 19 weist eine gerade Anzahl (im dargestellten Beispiel 8) von relativ langen axialen Schlitzen 19 a auf, die entsprechend einer Teilung entlang des Außenumfanges des Kernes 19 voneinander beabstandet sind. Außerdem weist der Anker 18 eine Mehrzahl von Leitern als Ankerwicklung 20, die so gewickelt sind, daß sie in den Schlitzen 19 a angeordnet sind, und einen Kommutator 21 auf, der in eine geeignete Anzahl von Segmentpaaren (im Beispiel 4) geteilt ist, die am Außenumfang des rechten Endbereiches des zylindrischen Körpers 17 mon­ tiert sind. Der Kommutator 21 ist mit der Ankerwicklung 20 der­ art verbunden, daß ein Kommutatorsegment eines Paares von Kommutatorsegmenten zu einem Ende irgendeiner Leiter­ spule führt und daß das andere Kommutatorsegment des Paares zu dem anderen Ende der Leiterspule führt. Für die Kom­ mutation im Zusammenhang mit dem Kommutator 21 ist eine geeignete Anzahl von Kontaktbürsten 23 (im Beispiel 2) vorge­ sehen, wobei jede Kontaktbürste 23 in einen Bürstenhalter 22 gleitbar eingepaßt ist, von denen dieselbe Anzahl vorgesehen ist. Jeder Bürstenhalter 22 enthält eine Schraubenfeder 24, die einen Druck auf eine entsprechen­ de Kontaktbürste 23 ausübt, so daß diese gleitbar auf den Kom­ mutator 21 gedrückt wird. Die Bürstenhalter 22 sind symmetrisch derart angeordnet, daß sie durch eine iso­ lierende Schicht 26 an einer ringförmigen Platte 25 be­ festigt sind, die am linken Ende des ersten Gehäuse­ bereiches 7 vorgesehen ist.

Bei der zuvor beschriebenen Anordnung kann der Elektromotor 2 so modifiziert werden, daß er eine vergrö­ ßerte Anzahl von Feldmagneten, d. h. von Polen, aufweist. Bei einer derartigen Abänderung kann vorzugsweise ein Kommutator verwendet werden, der in eine vergrößerte An­ zahl von Segmenten geteilt ist, wobei eine entsprechende Änderung der Verbindung zu einer Ankerwicklung erforderlich ist, um wirksam ein Drehmoment erzeugen zu können. Es wird darauf hingewiesen, daß die Polzahl frei wählbar ist.

An dem inneren Ende der zweiten Welle 5, d. h. am rechten Ende dieser Welle, die in dem Lager 13 innerhalb des zylindrischen linken Bereiches 4 d der ersten Welle 4 ge­ halten wird, ist ein Eingriffsteil 27 an die linke End­ fläche des Lagers 13 angrenzend angepaßt, das sich ganz nahe am rechtesten Ende der zweiten Welle 5 befindet. Wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist, weist die zweite Welle 5 in dem Bereich, in dem das Eingriffsteil 27 auf­ gepaßt ist, im Querschnitt eine Kreisform auf, die an beiden Seiten beschnitten ist, so daß sich das Eingriffsteil 27 einstückig damit dreht. Eingriffsteil 27 ist dagegen derart symmetrisch aufgebaut, daß es ein Paar von Sektorarmen 27 a, 27 a aufweist.

Wie dies außerdem aus der Fig. 2 hervorgeht, in der die erste Welle 4 eine Position aufweist, in der sie gegenüber der Fig. 6 um 90° um die Achse verdreht ist, ist jeder Arm 27 a jeweils in einem mittleren Bereich in einem der Sektoreinschnitte 28 in dem zylindrischen Bereich 4 b der ersten Welle 4 enthalten, wobei zwischen jeder der beiden sich radial erstreckenden Seitenflächen der Arme 27 a und der entsprechenden Seitenflächen der Sektoreinschnitte 28 eines von vier Sektorförmigen, elektrisch nachgiebigen Glieder 29 eingeführt ist, um einen dazwischen vorhandenen Umfangsspalt auszufüllen. Die Glieder 29 können auch aus Gummi oder aus irgendeinem anderen gummiähnlichen elastischen Material bestehen. Der Grad der Elastizität dieses Materials kann in einer geeigneten Weise ausgewählt werden.

An dem rechten Bereich der zweiten Welle 5 ist zwischen dem Eingriffsteil 27 und dem Lager 16, das das rechte­ Ende des zylindrischen Körpers 17 hält, eine Schleifring­ anordnung 30 angeordnet, die als ganzes zylindrisch auf­ gebaut ist.

Wie dies am besten aus der Fig. 4 hervorgeht, umfaßt die Schleifringanordnung 30 ein zylindrisches isolierendes. Teil 31 ein Paar von ringförmigen Kupfer-Kontaktbahnen 32, 33 als Schleifringe, von denen jede in den Außenumfang eines axialen Mittelteiles des isolierenden Teiles 31 eingelegt ist, wobei die Kontaktbahnen 32, 33 in axialer Richtung des Teiles 31 voneinander beabstandet sind und ein Paar von gebogenen elektrisch leitenden Kohle-Sektoren 34, 35 als Widerstandssegmente, die in den Umfang eines rechten Endbereiches in der Nähe des Mittelteiles der rechten Kante des Teiles 31 eingelegt sind. Die Sektoren 34, 35 sind in Bezug auf die Achse des Teiles 31 symmetrisch angeordnet, so daß der rechte Endbereich des Teiles 31 ein Paar vor radial freiliegenden Sektorbereichen 31 a 31 b aufweist, von denen jeder derart verläuft, daß er einen vorbestimmten Winkel α des Umfanges zwischen den Sektoren 34, 35 bestimmt. Durch die Anordnung verlaufen ein Leitungsdraht 32 a für eine elektrische Verbindung zwischen der Kontaktbahn 32 und dem Sektor 34 und ein weiterer Lei­ tungsdraht 33 a für die elektrische Verbindung zwischen der Kontaktbahn 33 und dem Sektor 35. Die Leitungsdrähte 32 a, 33 a sind mit den in Umfangsrichtung gesehen mittleren Teilen der Sektoren 34, 35 jeweils verbunden. In der Fig. 4 sind diese Verbindungen zum leichteren Verständnis in der Form von externen Drähten dargestellt. Mit der Schleifringanordnung 30 wirkt ein Paar von statischen Kontaktbürsten 36 und 37 zusammen, die auf die Anordnung gedrückt werden, so daß sie einen Gleitkontakt mit den Kontaktbahnen 32, 33 herstellen. Jede der Kontaktbürsten 36, 37 ist jeweils gleitbar in einem Halter eines Paares von Bürstenhaltern 39 eingesetzt, von denen einer in der Fig. 1 dargestellt ist, und die durch eine isolierende Schicht 38 an der rechten Seite der ringförmigen Platte 25 befestigt sind. Jeder Bürstenhalter 39 nimmt eine Schraubenfeder 40 eines Paares von Schraubenfedern 40 auf, von denen eine in der Fig. 1 dargestellt ist, um normalerweise die Kontaktbürsten 36, 37 gegen die Kontaktbahnen 32, 33 vorzuspannen. Außerdem werden die Kontaktbürsten 41, 42, von denen eine in der Fig. 1 dargestellt ist, eines symmetrisch vorgesehenen weiteren Kontaktbürstenpaares gegen die Anordnung 30 derart ge­ drückt, daß ein Gleitkontakt mit den Sektoren 34, 35 hergestellt wird, wie dies für eine Kommutation erforderlich ist, wenn sich die Anordnung 30 dreht. Jede der Kontaktbürsten 34, 35 ist jeweils gleitbar in einen Bürstenhalter 43 eines Paares von Bürstenhaltern von denen einer in der Fig. 1 dargestellt ist, eingesetzt, wobei jeder Bürstenhalter 43 jeweils an der rechten Seite durch eine isolierende Schicht 47 eines Paares von isolierenden Schichten an einer entsprechenden linken Endfläche 4 f, 4 f, von denen beide in der Fig. 4 dargestellt sind, des Armes c mit dem großen Durchmesser des zylindrischen Bereiches 4 b der ersten Welle 4 befestigt ist. Jeder Bürstenhalter 43 beherbergt eine Schraubenfeder 44 eines Paares von Schraubenfedern, von denen eine in der Fig. 1 dargestellt ist, um normalerweise die Kontaktbürsten 41, 42 gegen die Anordnung 30 vorzuspannen. Die Schleifringanordnung 30 ist als Ganzes an der zweiten Welle 5 derart befestigt, daß dann, wenn die Servoeinheit 100 nicht in Betrieb ist, wobei kein Drehmoment an die erste Welle 4 oder die zweite Welle 5 angelegt wird, die Kontaktbürsten 41, 42, die mit den Sektoren 34, 35 zusammenwirken, auf die in Umfangsrichtung gesehen mittleren Bereiche der radial freiliegenden Sektorbereiche 31 a, 31 b des isolierenden Teiles 31 gedrückt werden.

Wie dies in der Fig. 5 schematisch dargestellt ist, weist die Servoeinheit 100 zur Betätigung und zur Steuerung der Ausgangsleistung des Elektromotores 2 einen elektrischen Steuerkreis C auf, der die Kontaktbürsten 23, 23, 36, 37 und 41, 42 als wesentliche Steuerelemente enthält und in dem die Kontaktbürsten 36, die die Kontaktbahn 32 als den linken Schleifring berührt, über einen Leistungsschalter 45 mit einem positiven Anschluß einer Gleichstromquelle 46 ver­ bunden ist, die Kontaktbürste 37, die die Kontaktbahn 33 als rechten Schleifring berührt, über Erde mit einem negativen Anschluß der Leistungsquelle 46 verbunden ist und die Kontaktbürsten 41, 42, die mit den Sektoren 34, 35, die als ein Widerstandssegmentpaar vorgesehen sind, zusammenwirken, jeweils mit einer der Bürsten 23, 23 verbunden sind, die den Kommutator 21 berühren.

Der Steuerkreis C kann vorzugsweise durch einen gegenseitigen Austausch der Kontaktbürsten 36, 37 und 41, 42 modifiziert werden, so daß die Kontaktbürsten 41, 42 mit dem negativen und positiven Anschluß der Leistungsquelle 46 und die Kontaktbürsten 36, 37 mit den Bürsten 23, 23 verbunden sind. Eine derartige Abänderung ist insbesondere im Hinblick auf die Verdrahtung besser herstellbar, die zwischen den Kontaktbürsten 36, 37 und 23, 23 gut ausgeführt werden kann.

Bei einem abgeänderten Beispiel der oben beschriebenen Ausführungsform kann die Schleifringanordnung 30 an der erste Welle 4 montiert sein, wohingegen die Kontaktbürsten 41, 42 dann an der zweiten Welle 5 befestigt sind.

In der Fig. 1 enthält das in dem zweiten Gehäusebereich 10 vorgesehene Untersetzungsgetriebe 8 ein erstes Planeten­ getriebe, das ein erstes Sonnenrad 47, das am linken Ende des Außenumfanges des zylindrischen Körpers 17 ausgebildet ist, ein erstes ringförmiges Zahnrad 48, das am rechten inneren Umfang des zweiten Gehäusebereiches 10 ausgebildet ist; und drei erste Planetenzahnräder 49, von denen eines in der Fig. 1 dargestellt ist, die so angeordnet sind, daß sie zwischen dem ersten Sonnenrad 47 und dem ringför­ migen Zahnrad 48 angeordnet sind, aufweist. Das Unterset­ zungsgetriebe 8 weist außerdem ein zweites Planetengetriebe auf, das ein zweites Sonnenrad 51, das koaxial zum linken Bereich der zweiten Welle 5 angeordnet und lose darauf aufgepaßt ist, daß es eine freie Drehung ausführen kann, ein zweites ringförmiges Zahnrad 52, das an den linken inneren Umfang des zweiten Gehäusebereiches 10 angeformt ist, und drei zweite Planetenzahnräder 53 aufweist, denen eines in der Fig. 1 dargestellt ist, und die so an­ geordnet sind, daß sie zwischen dem zweiten Sonnenrand 51 und dem ringförmigen Zahnrad 52 angeordnet sind. Jedes erste Planetenzahnrad 49 ist jeweils auf eines von drei ersten Planetenlagern 50, von denen eines in der Fig. 1 dargestellt ist, aufgepaßt, von denen jedes von einem von drei radial vorstehenden Armen 51 a, von denen einer in der Fig. 1 dargestellt ist, des zweiten Sonnenrades 51 gehalten wird. Jedes zweite Planetenzahnrad 53 ist auf eines von drei zweiten Planeten­ lagern 54, von denen eines in der Fig. 1 dargestellt ist, aufgepaßt, von denen jeweils eines von einem von drei axia­ len Vorsprüngen 55 a gehalten wird, von denen einer in der Fig. 1 dargestellt ist und die auf der rechten Seite einer scheibenförmigen Platte 55 angeformt sind, die durch eine Kerbverzahnung mit der zweiten Welle 5 verbunden ist, um sich zusammen mit dieser zu drehen. Das derart aufgebaute Untersetzungsgetriebe 8 ermöglicht wirksam, daß relativ hohe Drehzahlen des Ankers 18 auf relativ niedrige Drehzahlen der Platte 55 untersetzt werden, wie dies gefordert wird.

An den mittleren Bereich der Platte 55 ist ein röhrenförmiger Bereich 55 b angeformt, der durch die Kerb­ verzahnung mit der zweiten Welle 5 derart verbunden ist daß dann, wenn sich die zweiten Planetenzahnräder 53 um die zweite Welle 5 drehen, die Platte 55 sich ebenfalls dreht und gleichzeitig ein Drehmoment des Elektromo­ tors 2 zur zweiten Welle 5 überträgt.

Bei der zuvor beschriebenen Anordnung werden der erste Gehäusebereich 7 und der zweite Gehäusebereich 10 unter Anwendung des dazwischen vorgesehenen Joches 3 dadurch miteinander verbunden, daß sie durch eine angemessene An­ zahl von langen Bolzen 56, die symmetrisch in Bezug auf die Achse des Gehäuses 1 vorgesehen sind, aneinander be­ festigt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind ein Paar von Bolzen 56 vorgesehen, wie dies in der Fig. 3 dargestellt ist. In der Fig. 3 sind die Bolzen 56 links und rechts dargestellt. Jeder Bolzen 56 verläuft von einem geeigneten Seitenbereich des ersten Gehäusebereiches 7 zu einem entsprechenden Seitenbereich des zweiten Gehäuse­ bereiches 10.

Im folgenden wird nun die Funktion der elektromagnetischen Servoeinheit 100 erläutert.

Die Beschreibung erfolgt zuerst im Zusammenhang mit einem Anwendungsfall, in dem die erste Welle 4 als eine Eingangs­ welle und die zweite Welle 5 als eine Ausgangswelle dient.

Es wird nun angenommen, daß der Leistungsschalter 45 ge­ schlossen ist. Außerdem wird nun vorausgesetzt, daß sich die Servoeinheit 100 in einem Zustand befindet, in dem ein äußeres Drehmoment vorgegeben ist, um die Eingangswel­ le 4 beispielsweise entgegen dem Uhrzeigersinn oder in der Richtung des Pfeils K der Fig. 2 zu drehen. Dadurch wird bewirkt, daß die Kontaktbürsten 41, 42, die an den linken Endflächen 4 f, 4 f des Armes 4 c mit dem großen Durchmes­ ser des linken zylindrischen Bereiches 4 b der Eingangs­ welle 4 befestigt sind, sich in die Richtung K drehen. Es wird darauf hingewiesen, daß im Zusammenhang mit den Sektorarmen 27 a, 27 a, die in den Einschnitten 28, 28 des Bereiches 4 c mit dem großen Durch­ messer erhalten sind, die elastisch nachgiebigen Glieder 29 lediglich ein Drehmoment der Eingangswelle 4 auf die Arme 4 c übertragen können.

Unter dieser Bedingung dreht sich die Ausgangswelle 5, während die durch die Ausgangswelle 5 zu führende Last relativ klein ist, im wesentlichen zusammen mit der Ein­ gangswelle 4, wobei entsprechende durch die Nachgiebigkeit der Glieder 29 bedingte Deformationen der Glieder 29 relativ klein gehalten werden, so daß die relative Winkelverschiebung zwischen der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 5 in einem vorbestimmten Winkelbereich gehalten wird, in dem jede der am Umfang der Eingangswelle 4 befestigten Kontaktbürsten 41, 42 daran gehindert wird, in einen Kontakt mit einem entsprechenden Sektor 34, 35, der als Widerstands­ segmente der Schleifringanordnung 30 dienenden Sektoren 34, 35 zu treten, die an der Ausgangswelle 5 be­ festigt sind. Aus diesem Grunde wird verhindert, daß der Elektromotor 2 startet, ohne daß ein Gleichstrom in die Ankerwicklung 20 eingespeist wird. Als Ergebnis wird das extern auf die Eingangswelle 4 ausgeübte Drehmoment im wesentlichen direkt durch die elastisch nachgiebigen Glieder 29 zur Aus­ gangswelle 5 übertragen

Wenn andererseits die Last an der Ausgangswelle 5 größer wird, dreht sich die Ausgangswelle 5 nicht im Einklang mit der Eingangswelle 4 und es wird zwisschen den Wellen 4, 5 eine größere Phasenverzögerung entwickelt. Die relative Win­ kelverschiebung zwischen den Wellen 4, 5 und die durch die Nachgiebigkeit des Gliedes 29 verursachten Deformationen der Glieder 29 werden daher entsprechend vergrößert. Insbesondere über­ schreitet die relative Winkelverschiebung zwischen der Ein­ gangswelle 4 und der Ausgangswelle 5 den vorbestimmten Win­ kelbereich, wenn ein vorbestimmter Wert für die Last an der Ausgangswelle 5 überschritten wird. Auf diese Weise werden die Kontaktbürsten 41, 42 jeweils in einen Kontakt zu den Sektoren 34, 35 gebracht. Wie dies aus der Fig. 5 ersichtlich ist, werden daher eine durch den Entwurf be­ dingte Anzahl von Leiterspulen der Ankerwicklung 20 mit den Enden ihrer einen Seite über eine der Bürsten 23, die Kontaktbürsten 41, den Sektor 34, die Kontaktbahn 32, die Kontakt­ bürste 36 und den Leistungsschalter 45 mit dem positiven Anschluß der Leistungsquelle 46 und an den Enden der an­ deren Seite über die andere der Bürsten 23, die Kontaktbürste 42, den Sektor 35, die Kontaktbahn 33, die Kontaktbürste 37 und Masse mit dem negativen Anschluß der Leistungs­ quelle 46 verbunden, so daß ein elektrischer Strom von der Leistungsquelle 46 in die Ankerwicklung 20 gespeist wird, der bewirkt, daß der Anker 18 sich in derselben Richtung wie die Eingangswelle 4 dreht. Mit anderen Worten ent­ wickelt der Elektromotor 2 ein elektromagnetisches Drehmoment in derselben Drehrichtung wie die Eingangswelle 4, das zusätzlich über das Untersetzungsgetriebe 8 an die Ausgangswelle 5 angelegt wird, die auf diese Weise ein größeres Drehmoment als das Extern auf die Eingangswelle 4 einwirkende Drehmoment aufnimmt. Das elektromagnetische Drehmoment wird nur entwickelt, während die Kontaktbürsten 41, 42 in einem Kontakt mit den Sektoren 34, 35 gehalten werden. Der Elektromotor 2 beendet die Erzeugung des Drehmomentes, wenn der Kontakt zwischen den Kontaktbürsten 41, 42 und den Sektoren 34, 35 bei einer Änderung der relativen Winkelverschiebung zwischen der Eingangs­ welle 4 und der Ausgangswelle 5 unterbrochen wird. Wenn die Anlegung des externen Drehmomen­ tes an die Eingangswelle 4 unterbrochen wird, verursachen die Glieder 29, die normalerweise Widerstandskräfte auf das Eingriffsteil 27 ausüben, daß die Eingangswelle 4 zu einer ursprünglichen Position zurückkehrt, bei der der Kontakt zwischen den Kontaktbürsten 41, 42 und den Sektoren 34, 35 unterbrochen ist. Auf diese Weise wird der Strom­ fluß unterbrochen, was zur Beendigung des Betriebes des motores 2 führt.

Wenn bewirkt wird, daß die Eingangswelle 4 sich mit dem an sie angelegten externen Drehmoment in einem Ausmaß dreht, daß die relative Winkelverschiebung zwischen der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 5 den vorbestimmten Winkelbereich überschreitet, nimmt der Elektromotor 2 seinen Betrieb auf, um ein zusätzliches Drehmoment elek­ tromagnetisch zu entwickeln, durch das die Ausgangswelle 5 der Drehung der Eingangswelle 4 folgt, so daß die Aus­ gangswelle 5 verstärktes gesteuertes Drehmoment aufnimmt.

Wenn die relative Winkelverschiebung zwischen der Eingangs­ welle 4 und der Ausgangswelle 5 bei der Zunahme der Last an der Ausgangswelle 5 weiter vergrößert wird, werden die jeweiligen Kontaktbereiche zwischen den Kontaktbürsten 41, 42 und den Sektoren 34, 35 vergrößert. Daneben werden die Widerstände der Leitungsdrähte 32 a, 32 b, die mit den in Umfangsrichtung gesehen mittleren Bereichen der Sektoren 34, 35 verbunden sind, in Bezug auf die Kontaktbürsten 41, 42 jeweils verkleinert, wobei der elektrische Strom zur Ankerwicklung 20 vergrößert wird. Es ist daher mög­ lich, das Drehmoment durch den Elektromotor 2 in Übereinstimmung mit der Last an der Ausgangswelle 5 zu vergrößern.

Effekte der oben beschriebenen Art können in ähnlicher Weise selbst dann erreicht werden, wenn die Eingangswelle 4 in der entgegengesetzten Richtung des Pfeiles K der Fig. 2 gedreht wird.

Als eine Folge davon kann die bisher beschriebene elektro­ magnetische Servoeinheit 100 auch so angewendet werden, daß die Welle 5 als Eingangswelle und die erste Welle 4 als Ausgangswelle verwendet werden.

Bei einer derartigen Anwendung beginnt der Elektromotor 2 ein Drehmoment zu entwickeln, um dadurch die Eingangswelle 5 zu unterstützen, wenn die relative Win­ kelverschiebung zwischen der Eingangswelle 5 und der Aus­ gangswelle 4 einen vorbestimmten Winkelbereich bei der Zu­ nahme der Größe der Last an der Ausgangswelle 4 über einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Das Prinzip der Funktion der Servoeinheit 100 in diesem Fall ergibt sich leicht aus der voranstehenden Beschrei­ bung und wird daher ausführlich erläutert.

Im Zusammenhang mit dem Fall, bei dem die zweite Welle 5 als Eingangswelle verwendet wird, wobei das vom Elektromo­ tor 2 entwickelte Drehmoment an die Eingangswelle 5 an­ gelegt wird, wird darauf hingewiesen, daß das gesamte an die Ausgangswelle 4 angelegte Drehmoment über die Glieder 29 ausgeübt werden muß.

Die Fig. 7 zeigt ein schematisches Bild eines Servolenk­ systems für Kraftfahrzeuge, das aus der Kombina­ tion eines bekannten Lenksystems und der oben beschriebenen elek­ tromagnetischen Servoeinheit besteht, die so angewendet wird, daß die zweite Welle 5 als Eingangswelle und die erste Welle 4 als Ausgangswelle dienen. Mit 57 ist das Lenk­ rad des Lenksystems bezeichnet. Das Lenkrad 57 ist mit der Eingangswelle 5 der Servoeinheit verbunden. Mit 61 ist ein bestimmtes Betätigungsglied bezeichnet, bei dem es sich beispielsweise um eine Ritzwelle eines Zahnstangengetriebes des Systems handelt. Das Betätigungsglied 61 ist mit der Ausgangswelle 4 der Einheit verbunden. Zwi­ schen der Eingangswelle 5 und der Ausgangswelle 4, genauer gesagt zwischen einem Endbereich 65 der Eingangswelle 5 und einem gegenüberliegenden Endbereich 64 der Ausgangs welle 4 ist ein Drehmomentsensor 58 angeordnet, der die Funktion der Drehmomentübertragung erfüllt. Der Drehmomentsensor 58 entspricht der Kombination der Sektorarme 27 a, 27 b und der Glieder 29. Ein derartiger Drehmomentsensor 58 kann jedoch auch aus anderen, geeigneten Einrichtungen bestehen. Zur Steuerung der elektromagnetischen, Leistungsunterstützung wird ein Sensorsignal zum Elektromotor 2 zurückgekoppelt, auf dessen Ausgangswelle ein Zahnrad 60 montiert ist, das mit einem anderen Zahnrad 59 kämmt, das auf der Eingangs­ welle 5 befestigt ist. Die Zahnräder 60 und 59 entsprechen dem ersten und zweiten Planetengetriebe des Untersetzungs­ getriebes 8. Wenn ein am Kupplungsteil 6 entwickeltes Drehmoment zwischen der Eingangswelle 5 und der Ausgangs­ welle 4 durch den Drehmomentsensor 58 ermittelt wird, wird der Elektromotor 2 in Antwort darauf betätigt, um ein zusätzliches Drehmoment an die Eingangswelle 5 anzulegen. Dadurch erhält die Ausgangswelle 4 ein Drehmoment das größer ist als das Drehmoment, das ohne den Elektromotor 2 er­ zeugt würde.

Bei dem zuvor erwähnten Servolenksystem wird ein zusätzliches Drehmoment an die Eingangswelle 5 angelegt, während durch den Drehmomentsensor 58 ein repräsentativer Wert, wie beispielsweise der absolute Wert eines an der Ausgangswelle 4 entwickelten Drehmomentes, ermittelt wird, so daß selbst bei kleinen bzw. feinen Lastschwankungen, die sonst Störungen der Drehmomentausgangscharakteristi­ ken bewirken würden, eine gesteuerte Leistungsunterstüt­ zung erzielt werden kann, durch die ein an der Eingangs­ welle 5 entwickeltes Drehmoment so verstärkt wird, daß es in einer stabilen Weise zur Ausgangswelle 4 übertragen wird.

Beim Servolenksystem der Fig. 7 wird außerdem dann, wenn die relative Winkelverschiebung zwischen der Ein­ gangswelle 5 und der Ausgangswelle 4 bei der Vergrößerung der Last an der Ausgangswelle 4 über eine vorbestimmte Phasendifferenz vergrößert wird, proportional eine Ver­ größerung der entsprechenden Kontaktbereiche zwischen den Kontaktbürsten 41, 42 und den Sektoren 34, 35 und eine Ab­ nahme der entsprechenden Widerstände zwischen den Kontaktbürsten 41, 42 und den Leitungsdrähten 32 a, 32 b bewirkt. Dadurch wird der elektrische Strom zur Ankerwicklung 20 vergrö­ ßert, so daß das durch den Elektromotor 2 erzeugte Dreh­ moment in Antwort auf die Zunahme der Last an der Aus­ gangswelle 4 größer wird.

Aus der voranstehenden Beschreibung geht hervor, daß er­ findunsgsgmäß eine elektromagnetische Servoeinheit durch einen Drehmomentsensor für das Drehmoment, das an der Eingangswelle angelegt wird, und außerdem durch einen Steuermechanismus, der mit dem Drehmomentsensor zusammenarbeiten kann, um von diesem ein Signal zur Steuerung eines Ausgangsdreh­ momentes des Elektromotors zu empfangen, in der Form von einfach aufgebauten Komponententeilen ergänzt wird. Der Aufbau der Servoeinheit selbst ist daher zu­ sätzlich zu der Tatsache, daß der Drehmomentsensor wirksam gegen Staub, Feuchtig­ keit und externe Kräfte und dergl., die sonst Störungen verursachen könnten, geschützt ist, vorteilhaft verein­ facht. Eine Ausführungsform kann auch im Zusammenhang mit Anwendungsfällen der Servoeinheit an speziellen Stellen, wie beispielsweise zwischen einem Lenkrad und einer Ritzelwelle eines Lenksystems mit einem Zahnstangen­ getriebe für Kraftfahrzeuge, verwendet werden.

Außerdem kann der Elektromotor seinen Betrieb nur dann aufnehmen, wenn eine Ausgangswelle eine Last aufnimmt, die einen vorbestimmten Wert überschreitet. Dadurch wird ein unnötiger Leistungsverbrauch verhindert.

Der vereinfachte Aufbau des Drehmomentsensors ermöglicht eine sichere Ausführung und ein schnelleres Ansprechen der Servoein­ heit.

Außerdem wird die Ausgangsleistung des Elektromotors reduziert über ein Planetengetriebe ange­ legt. Dadurch wird der Gebrauch eines kleinbemessenen, leichten, billigen Elektromotors mit einer niedrigen Ausgangsleistung ermöglicht, die in Bezug auf den Be­ triebsstrom klein veranschlagt ist, wohingegen letzt­ lich ein hohes Ausgangsdrehmoment erzeugt wird.

Zudem greift die Eingangswelle im wesentlichen direkt an der Ausgangswelle an, ohne daß ein eigener Sicher­ heitsmechanismus vorgesehen werden muß.

Es ist ersichtlich, daß die vorliegende elektroma­ gnetische Servoeinheit nicht auf ein Lenksystem für Kraftfahrzeuge beschränkt ist, sondern auch im Zusammenhang mit irgendeinem anderen System angewendet werden kann, in dem ein Drehmoment an der Ausgangsseite benötigt wird, das größer ist als das Drehmoment an der Eingangsseite.

In der Fig. 8, die eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden elektromagnetischen Servoeinheit zeigt, wobei ein Viertel weg­ geschnitten ist, bezeichnet das Bezugszeichen 200 die gesamte Servoeinheit, in der eine elektromagnetische Kupplung 280 zwischen der zweiten Welle 5 und einer scheibenförmigen Platte 255 angeordnet ist, die drehbar drei zweite Planetenzahnräder 53 eines Untersetzungsgetriebes 8 trägt. Es wird darauf hingewiesen, daß bei der zweiten und ersten Ausführungsform gleiche Bezugszeichen ähnliche Teile bezeichnen. Der Aufbau und die Funktion der Servoeinheit 200 der Fig. 8 ähnelt dem Aufbau und der Funktion der Servo­ einheit 100, die im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 6 erläutert wurde. Dies gilt für den Bereich von der ersten Welle 4 bis zum Untersetzungsgetriebe 8 und betrifft ins­ besondere die erste Welle 4, das Kupplungsteil 6, das als Drehmomentwandler zwischen der ersten Welle 4 und der zweiten Welle 5 funktioniert, die Schleifringan­ ordnung 30, den Elektromotor 2 und das Unterset­ zungsgetriebe 8.

In der Servoeinheit 200 wird die Platte 255, die in einem zweiten Gehäusebereich 210 vorgesehen ist und die Pla­ netenzahnräder 53 drehbar halten kann, an einem mittleren Bereich durch ein Lager 270 drehbar gelagert, das auf die zweite Welle 5 so aufgesetzt ist, daß Drehungen mit einer hohen Geschwindigkeit des Ankers 18 untersetzt werden können, wie des gefordert wird, um die Platte 255 mit den gewünschten niedrigen Geschwindig­ keiten zu drehen. Die Platte 255 weist auf ihrer linken Seite eine Mehrzahl von Blattfedern 271 auf, von denen jede jeweils an ihrem einen Ende befestigt ist und mit ihrem anderen Ende an einer ringförmigen, anziehbaren Kupplungsplatte 272 befestigt ist. Diese wird daher nor­ malerweise durch die Blattfedern 271 gegen die Platte 255 vorgespannt. Um einen erforderlichen Spalt zwischen der Kupplungsplatte 272 und der Platte 255 sicherzustellen, ist eine Mehrzahl von elastischen Gliedern 273, die aus einem Gummimaterial bestehen, zwischen den Platten 255, 273 angeordnet und an der Platte 255 befestigt.

An der linken Seite der Platte 255 ist ein Dreh­ teil 274 um die zweite Welle 5 herum vorgesehen und an dieser befestigt. Das Teil 274 weist eine ringförmige Ver­ tiefung 275 auf, die sich nach links öffnet. In der ring­ förmigen Vertiefung 275 ist eine Spule 276 lose eingepaßt, die eine ringförmige Vertiefung aufweist, die sich nach rechts öffnet. Die Spule 276 ist mit ihrer linken Seite an der rechten Seite eines kreisförmigen Deckels 11 be­ festigt. In die ringförmige Vertiefung der Spule 276 ist ein Solenoid 277 mit mehreren Spulen eingebaut.

Wenn das Solenoid 277 nicht erregt ist, wird verhindert, daß die Kupplungsplatte 272 das Teil 274 berührt und daher von diesem getrennt ist, so daß die elektromagne­ tische Kupplung 280 unwirksam ist. Im Gegensatz dazu wird die Kupplungsplatte 272 in einen Kontakt zum Teil 274 gebracht und eingerückt, wenn das Solenoid 277 erregt wird. Die Kupplung 280 wird dann wirksam.

Wie dies in der Fig. 9, die eine schematische Darstellung der elektrischen Verbindungen der elektromagnetischen Kupplung 280 und der entsprechenden Kontaktbürsten zeigt, die einen Steuerkreis D zur Betätigung und Steuerung der Aus­ gangsleistung des Elektromotors 2 der Servoeinheit 200 bil­ den; dargestellt ist, ist das Solenoid 277 der Kupplung 280 an seinem einen Ende über den Leistungsschalter 45 mit einem positiven Anschluß der Leistungsquelle 46 ver­ bunden. Mit seinem anderen Ende ist das Solenoid 277 über einen Relaisschalter 281 mit Massepotential, das dem negativen Anschluß der Leistungsquelle 46 entspricht. Der Relaisschalter 281 weist eine Erregerspule 282 auf, die parallel zu dem Paar von Kontaktbürsten 41, 42 geschaltet ist. Wenn eine effektive Spannung zwischen den Kontaktbürsten 41, 42 angelegt wird, wird die Spule 282 erregt, so daß sie eine magnetische Wirkung entfaltet, um den Relaisschalter 281 zu schließen. Dabei wird die Kupplungsplatte 272 zum Teil 274 gezogen und eingerückt. Andere Elemente des Steuerkreises D, bei denen es sich nicht um die Kupplung 280 und den Relaisschalter 281 handelt, sind ähnlich wie im Steuerkreis C der Fig. 5 elektrisch verbunden und werden daher nicht näher erläutert.

Die Funktion der elektromagnetischen Servoeinheit 200 wird im nachfolgenden näher erläutert.

Die Beschreibung erfolgt zuerst im Zusammenhang mit einem Anwendungsfall, in dem die erste Welle 4 als Ein­ gangswelle und die zweite Welle 5 als eine Ausgangswelle dienen.

Es wird nun angenommen, daß der Leistungsschalter 45 ge­ schlossen ist. Außerdem wird, wie in dem Fall der Servo­ einheit 100, nun vorausgesetzt, daß die Servoeinheit 200 so beschaffen ist, daß ein externes Drehmoment vorhanden ist, um die Eingangswelle 4 in einer Richtung entspre­ chend dem Pfeil K der Fig. 2 zu drehen.

Unter dieser Bedingung wird verhindert, daß der Elektro­ motor 2 startet, wenn die von der Ausgangswelle 5 auf­ zunehmende Last kleiner ist als ein vorbestimmter Wert und daher die relative Winkelverschiebung zwischen der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 5 in einem vorbe­ stimmten Winkelbereich gehalten wird. Als Ergebnis wird das externe Drehmoment, das auf die Eingangswelle 4 aus­ geübt wird, im wesentlichen direkt über vier elastisch nachgiebige Glieder 29 auf die Ausgangswelle 5 übertragen.

Wenn die Last an der Ausgangswelle 5 den vorbestimmten Wert überschreitet, überschreitet auch die relative Win­ kelverschiebung zwischen der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 5 den vorbestimmten Winkelbereich, so daß die Kontaktbürsten 41, 42, die an der Eingangswelle 4 befestigt sind, in Kontakt zu den Sektoren 34, 35 der Schleif­ ringanordnung 30 gebracht werden, die an der Ausgangswelle 5 befestigt sind. Es wird daher durch elektrische Verbindungen, die denjenigen des Falles der Fig. 5 entsprechen, ein elektrischer Strom von der Leistungsquelle 46 in eine Anker­ wicklung 20 des Ankers 18 geschickt, der bewirkt, daß der Anker 18 sich in dieselbe Richtung wie die Eingangswelle 4 dreht. Ein an dem Anker 18 entwickeltes elektrischmagne­ tisches Drehmoment, d.h. eine Neigung zur Bewirkung einer Drehung des Ankers 18 wird dann übertragen, um in der Endstufe des Untersetzungsgetriebes 8 die Drehung der Platte 255 zu bewirken.

Andererseits wird zu der Zeit, zu der die Kontaktbürsten 41, 42 in einen Kontakt zu den Sektoren 34, 35 der Schleif­ ringanordnung 30 gebracht werden, die Erregerspule 282 des Relaisschalters 281 erregt. Dabei wird der Relaisschalter 281 geschlossen. Dadurch wird die elektromagnetische Kupp­ lung 280 in Betrieb gesetzt. Mit anderen Worten weist gemäß der Fig. 9 die Relaisspule 282 dann, wenn der Wider­ standskontakt zwischen den Kontaktbürsten 41, 42 und den Sektoren 34, 35 jeweils hergestellt wird, mit ihrem einen Ende der Spule 282 eine vollständige Verbindung über die Kotakt­ bürste 41, der Sektor 34, die Kontaktbahn 32, die Kontaktbürste 36 und den Leistungsschalter 45 zum positiven Anschluß der Leistungsquelle 46 und mit ihrem anderen Ende über die Kontaktbürste 42 den Sektor 35, die Kontakt­ bahn 33 und die Kontaktbürste 37 zur Masse auf, die den nega­ tiven Anschluß der Leistungsquelle 46 bildet. Als Ergeb­ nis wird zu jeder Zeit, wenn der Elektromotor 2 in Betrieb ist, die Kupplung 280 wirksam ge­ schaltet, so daß die Platte 255, die sich frei auf der Ausgangswelle 5 drehen kann, integral an das Teil 274 gekoppelt wird, das an der Welle 5 befestigt ist. Auf diese Weise wird das am Motor 2 elektromagnetisch ent­ wickelte Drehmoment zur Ausgangswelle 5 übertragen.

Das elektromagnetische Drehmoment wird nur entwickelt, während die Kontaktbürsten 41, 42 in Kontakt zu den Sekroren 34, 35 gehalten werden. Der Elektromotor 2 und die elektromagnetische Kupplung 280 werden unwirksam, wenn der zuvor genannte Kontakt bei einer Änderung der rela­ tiven Winkelverschiebung zwischen der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 5 unterbrochen wird. In diesem Fall bewirken die Glieder 29, die normalerweise eine Fe­ derkraft auf das Eingriffsteil 27 ausüben, daß die Ein­ gangswelle 4 zu einer Ursprungsposition zurückkehrt, bei der der Kontakt zwischen den Kontaktbürsten 41, 42 und den Sektoren 34, 35 unterbrochen wird, wenn die Ausübung des externen Drehmomentes auf die Eingangswelle 4 unter­ brochen wird. Der durch die Kontaktbürsten 41, 42 und die Sektoren 34, 35 fließende Strom wird daher unterbrochen, weshalb der Betrieb des Elektromotors 2 und der Kupplung 280 beendet wird.

Wenn bewirkt wird, daß die Eingangswelle 4 sich mit dem an sie angelegten externen Drehmoment in einem Ausmaße dreht, daß die relative Winkelverschiebung zwischen der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 5 den vorbestimmten Winkelbe­ reich überschreitet, gelangen der Elektromotor 2 und die elektromagnetische Kupplung 280 in Betrieb, so daß der Elektro­ motor 2 elektromagnetisch ein Zusatzdrehmoment entwickelt, das bewirkt, daß die Ausgangswelle 5 der Drehung der Ein­ gangswelle 4 folgt. Dadurch erhält die Ausgangswelle 5 ein gesteuertes verstärktes Drehmoment.

Außerdem werden dann, wenn die relative Winkelverschiebung zwischen der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 5 bei einer Vergrößerung der Last an der Ausgangswelle 5 weiter vergrößert wird, die entsprechenden Kontaktbereiche zwi­ schen den Kontaktbürsten 41, 42 und den Sektoren 34, 35 ver­ größert. Ferner weisen die Leitungsdrähte 32 a, 32 b die in Umfangsrichtung gesehen mit den mittleren Bereichen der Sektoren 34, 35 verbunden sind, verringerte Wider­ stände in Bezug auf die Kontaktbürsten 41, 42 auf. Dadurch wird der elektrische Strom zur Ankerwicklung 20 vergrößert. Es ist daher möglich, das durch den Elektromotor 2 erzeugte Dreh­ moment in Übereinstimmung mit der Last an der Ausgangs­ welle 5 zu vergrößern.

Diese voranstehend beschriebenen Wirkungen können in einer ähnlichen Weise selbst dann erzielt werden, wenn die Ein­ gangswelle 4 in die entgegengesetzte Richtung des Pfeiles K gedreht wird.

Wie dies oben ausführlich erläutert wurde, ist die elektro­ magnetische Kupplung 280 in der elektromagnetischen Servo­ einheit 200 entsprechend einer elektrischen Verriegelung zusammen mit dem Elektromotor 2 wirksam.

Die elektromagnetische Servoeinheit 200 kann ähnlich wie die elektromagnetische Servoeinheit 100 so angewendet wer­ den, daß die zweite Welle 5 als Eingangswelle und die erste Welle 4 als Ausgangswelle dienen.

Das Funktionsprinzip der Servoeinheit 200 in derartigen Anwendungsfällen ist leicht aus der voranstehenden Be­ schreibung verständlich und wird daher nicht näher erläu­ tert.

Mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Servoeinheit können zahlreiche Vorteile erzielt werden, die den Vorteilen ähneln, die mit der ersten Ausführungsform erzielbar sind.

Darüber hinaus ist bei der zweiten Ausführungsform die elektromagnetische Kupplung 280 zwischen dem Untersetzungs­ getriebe 8 und der zweiten Welle 5 vorgesehen, so daß zwi­ schen diesen die mechanische Verbindung unterbrochen wer­ den kann, wenn der Elektromotor 2 außer Betrieb ist, d.h. kein Zusatzdrehmoment gefordert wird. Aus diesem Grunde kann in jedem Fall, in dem entweder die erste oder zweite Welle 4, 5 als eine Eingangswelle verwendet wird, die Eingangswelle vorteilhaft gegen eine Störung geschützt werden, die auf diesen Widerstand in Bezug auf eine Drehung zurückzuführen ist und sonst durch den Elektro­ motor 2 über das Untersetzungsgetriebe 8 hervor­ gerufen würde, während der Elektromotor 2 nicht wirksam ist. Als Ergebnis wird das an die Eingangswelle 4 angelegte ex­ terne Drehmoment wirksam zur Ausgangsseite übertragen. Außerdem wird die Kupplungsplatte 272 der elektromagne­ tischen Kupplung 280 durch die Blattfedern 271 an der Platte 255 gehalten, so daß die Kupplung 280 mit einem kleinen elektrischen Strom im Solenoid 277 betrieben werden kann. Dadurch wird eine sichere Dreh­ momentübertragung vom Elektromotor 2 zur zweiten Welle 5 ermöglicht. Es wird darauf hingewiesen, daß die elektromagnetische Servoeinheit 200 im Zusammenhang mit jedem anderen System angewendet werden kann, das erfor­ derlichenfalls an der Ausgangsseite ein Drehmoment erzeugt, das größer ist als das Drehmoment an der Eingangsseite. Beispielsweise handelt es sich bei einem derartigen System um ein Lenksystem für Kraftfahrzeuge.

Claims (9)

1. Elektromagnetische Servoeinheit zwischen einer ersten Welle (4) und einer zweiten Welle (5) mit einem zwischen den Wellen (4, 5) angeordneten Sensor (58), der bei einer Verdrehung der ersten Welle (4) gegenüber der zweiten Welle (5) über ein vorgegebenes Maß hinaus einen an die zweite Welle (5) gekoppelten Elektromotor (2) einschaltet, der die Verdrehung der zweiten Welle (5) an die Verdrehung der ersten Welle (4) anzupassen sucht, bei der der Sensor (58) an den Wellen (4, 5) befestigte, ineinander­ greifende Arme (4 c, 27 a) aufweist, die über elastisch nachgie­ bige Glieder (29) miteinander verbunden sind, die eine Spannungs­ quelle (46) an den Elektromotor (2) dann, wenn das vorgegebene Maß überschritten wird, anschließen, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang der zweiten Welle (5) durch elektrisch isolierende Sektoren (an 31) voneinander getrennte, elektrisch leitende Sektoren (34, 35) vorgesehen sind, denen einerseits stationäre Kontaktbürsten (36, 37) und andererseits an der ersten Welle (4) befestigte, mit dieser ersten Welle (4) umlaufende Kontaktbürsten (41, 42) zugeordnet sind, daß die einen Kontakt­ bürsten (36, 37) mit der elektrischen Spannungsquelle (46) und die anderen Kontaktbürsten (41, 42) mit dem Elektromotor (2) verbunden sind und daß die elektrisch leitenden Sektoren (34, 35) die Spannungsquelle (46) an den Elektromotor (2) über die Kontaktbürsten (36, 37; 41, 42) dann anschließen, wenn das vorgegebene Maß überschritten wird.

2. Servoeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wellen (4, 5) drehbar in einem Gehäuse (1) gelagert sind, in dem der Elektromotor (2) und der Sensor (58) angeordnet sind, und daß der Elektromotor (2) eine an der Innenseite des Gehäuses (1) befestigte Feldspulenanordnung (15) und einen auf der einen Welle (5) gelagerten Anker (18) aufweist.

3. Servoeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichet, daß den einen Kontaktbürsten (36, 37) auf dem Umfang der zweiten Welle (5) elektrisch voneinander isoliert angeordnete, ring­ förmige Kontaktbahnen (32, 33) zugeordnet sind und daß den anderen Kontaktbürsten (41, 42) die elektrisch voneinander isoliert angeordneten Sektoren (34, 35) zugeordnet sind, die mit je einer der ringförmigen Kontaktbahnen (32, 33) elektrisch verbunden sind und deren Abstand (α) größer ist als die Länge der Kontaktflächen der anderen Kontaktbürsten (41, 42) in Umfangsrichtung.

4. Servoeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch voneinander isoliert angeordneten Sektoren (34, 35) aus Widerstandsmaterial bestehen.

5. Servoeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Anker (18) und der zweiten Welle (5) ein in dem Gehäuse (1) angeordnetes Planetengetriebe (48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55) liegt.

6. Servoeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Planetengetriebe (48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55) und der zweiten Welle (5) eine elektromagnetisch betätigbare Kupplung (255, 271, 272, 273, 274, 275, 276, 277, 280) liegt.

7. Servoeinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (255, 271, 272, 273, 274, 275, 276, 277, 280) mit Anschließen des Elektromotors (2) betätigt wird.

8. Servoeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Welle (4) als Eingangswelle und die zweite Welle (5) als Ausgangswelle dient.

9. Servoeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Welle (4) als Ausgangswelle und die zweite Welle (5) als Eingangswelle dient.