DE3526498A1

DE3526498A1 - Kraftuebertragungsvorrichtung fuer eine motorbetriebene servolenkung

Info

Publication number: DE3526498A1
Application number: DE19853526498
Authority: DE
Inventors: Akio Hashimoto; Tomio Yasuda
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1984-07-25
Filing date: 1985-07-24
Publication date: 1986-02-06
Also published as: GB2163108B; GB8518830D0; US4667759A; JPS6133367A; DE3526498C2; GB2163108A

Description

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rELLMANN VaRAMS ÖTRÜIF Dipl.-Chem. G. Bühling

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3 5 2 6 4 9 8 Dipl.-Ing. B. Pellmann

Dipl.-Ing. K. Grams Dipl.-Chem. Dr B Struif

Bavariaring 4, Postfach 202403

... „ ., . , . 8000 München 2

ATSin SeikT KabushTk! Kaisha Tel.:0 89-5396

„ ... , Telex: 5-24 845 tipat

Kanya-city, Japan Telecopier; 0 89-537377

cable: Germaniapatent München 24. Juli 1985

DE 5026 / case W-2569

Kraftübertragungsvorrichtung für eine motorbetriebene Servolenkung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftübertragungsvorrichtung für eine motorbetriebene Servolenkung, genauer gesagt zielt die Erfindung auf eine Verbesserung des Lenkgefühls bei einer mit einem Reduktionsgetriebe ausgerüsteten Vorrichtung ab.

In bezug auf eine derartige Vorrichtung ist eine Ausführungsform in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 57-47251 beschrieben. Bei dieser Vorrichtung sind ein Elektromotor zur Erzeugung einer Antriebskraft und eine Lenkwelle mit Hilfe eines Reduktionsgetriebes, das mit einer Vielzahl von Zahnrädern versehen ist, miteinander gekoppelt.

Wenn man Antriebssysteme mit Hilfe von Zahnrädern miteinander verbindet, wie dies bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Fall ist, tritt normalerweise zwischen den Zahnrädern Spiel oder ein entsprechender Spalt auf, wie in Figur 2 gezeigt. Um dieses Spiel zu eliminieren, muß der Genauigkeitsgrad der einzelnen Teile beträchtlich erhöht werden, und es ist viel Zeit für die Einstellung beim Positionieren erforderlich. Wenn man mit dem Antrieb einer Vorrichtung, die Spiel aufweist,

Dresdner Bank (München) Kto 3939841 Deutsche Bank (Mönchen) KIo 2861060 Postscheckamt (München) KtO 670-43-804

beginnt, beginnt sich nur ein Zahnrad auf der Antriebsseite zu drehen, da das entsprechende Zahnrad auf der angetriebenen Seite vom Zahnrad auf der Antriebsseite getrennt ist. Wenn das Zahnrad auf der Antriebsseite ein bestimmtes Ausmaß vorrückt, trifft es auf das Zahnrad auf der angetriebenen Seite, wonach sich beide Zahnräder auf der Antriebsseite und der angetriebenen Seite zusammen drehen.

Bei einem motorbetriebenen Servolenksystem, bei dem eine Reihe von Zahnrädern zwischen dem Elektromotor und der Lenkwelle angeordnet ist und bei dem ein Zahnrad auf der Seite der Lenkwelle, auf die eine Kraft von einem Lenkrad aufgebracht wird, als Zahnrad auf der Antriebsseite und ein Zahnrad auf der Seite des Elektromotors als Zahnrad auf der angetriebenen Seite funktioniert, treffen, wenn man einen Außerbetriebszustand der Vorrichtung voraussetzt, die Zahnräder aufeinander, sobald der Fahrer beginnt, das Lenkrad zu drehen.

Wenn sich die Vorrichtung im Betrieb befindet, kann man davon ausgehen, daß das Zahnrad auf der Seite des Elektromotors als Zahnrad auf der Antriebsseite und das Zahnrad auf der Seite der Lenkwelle als Zahnrad auf der angetriebenen Seite funktioniert. Daher treffen hierbei die Zahnräder unmittelbar nach dem Beginn der Umdrehungen des Elektromotors in Abhängigkeit von einer Betätigung des Lenkrades durch den Fahrer aufeinander. Unabhängig davon, ob sich die Vorrichtung im Betrieb oder außer Betrieb befindet, treffen daher die Zahnräder immer unmittelbar nach einer Betätigung

des Lenkrades aufeinander.

Aufgrund dieses Aufeinandertreffens wird daher ein Stoß mit einem leichten Schlag, d.h. einer Vibration, über die Lenkwelle auf das Lenkrad übertragen. Dies hat zur Folge, daß sich der Fahrer zu Beginn des' Drehens desselben unwohl fühlt. Eine derartige Vibration kann bei e.inem herkömmlich aufgebauten motorbetriebenen Servolenkmechanismus nicht verhindert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftübertragungsvorrichtung für ein motorbetriebenes Servolenksystem zu schaffen, die zu Beginn des Drehens einer entsprechenden Handhabungsvorrichtung keine unangenehme Vibration erzeugt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Antriebs zahnrad und eine Lenkwelle über mindestens ein elastisches Dämpfungselement, beispielsweise Gummi, und ein Verbindungselement einer bestimmten Form miteinander gekoppelt sind.

Wenn bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform Vibrationen aufgrund von Spiel zwischen den Zahnrädern der Antriebssysteme auftreten, werden diese Vibrationen durch das Dämpfungselement absorbiert und nicht auf die Lenkwelle übertragen.

Wenn die Vorrichtung einfach aufgebaut ist, schwankt jedoch die Richtung einer auf das Dämpfungselement aufgebrachten Kraft in Abhängigkeit von der Form oder der Relativlage des Verbindungselementes und des Dämpfungselementes in einem starken Maße. Da das Dämpfungselement normalerweise eine geringere mechanische Festigkeit

besitzt als die anderen Elemente, wenn die Richtung, in der eine Kraft aufgebracht wird, nicht entsprechend angemessen ist, neigt das Dämpfungselement dazu, inner halb einer kurzen Zeitdauer zu verschleißen oder beschädigt zu werden, so daß kein Spiel mehr absorbiert werden kann.

Im Gegensatz dazu ist bei der erfindungsgemäßen Lösung das Verbindungselement zylindrisch ausgebildet und an der Lenkwelle befestigt. Dieses Verbindungselement ist mit einem Vorsprung versehen, der in ein Loch eingesetzt ist, das in einem Antriebs zahnrad ausgebildet ist. Das Dämpfungselement ist zwischen der Wand des Loches des Antriebszahnrades und dem Vorsprung angeordnet. Durch diesen Aufbau können der Verschleiß und Beschädigungen des Dämpfungselementes stark reduziert werden.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:
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Figur 1 ein Blockdiagramm, das schematisch eine Ausführungsform der Erfindung darstellt;

Figur 2 eine Vorderansicht eines beispielhaften Zustandes zweier miteinander kämmender

Zahnräder;

3a einen Vertikalschnitt, der die Ausführungsform der Figur 1 im Detail zeigt;

Figur 3b einen Schnitt entlang Linie HIb-IIIb in Figur 3a;

Figur 3c einen Schnitt durch eine Drehmomentübertragungsverbindung 2, von der Unterseite her gesehen;

Figur 3d

die

Figuren
4a, 4b
und 4c

einen Schnitt entlang Linie HId-IIId in Figur 3c;

den - Figuren 3b, 3c und 3d entsprechende Ansichten einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung ; und

Figur 5 einen Vertikalschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

In Figur 1 ist schematisch ein Mechanismus eines motorbetriebenen Servolenksystems dargestellt, von dem einige Abschnitte deutlich .n den Figuren 3a, 3b, 3c und 3d gezeigt sind.

Zuerst wird der Aufbau eines manuellen Lenkmechanismus oder Systems beschrieben. Eine mit dem mittleren Abschnitt eines Lenkrades, d.h. einer Handhabungsvorrichtung 10, verbundene Lenkwelle 11 ist über eine andere Welle, ein Gelenk etc. (nicht gezeigt) mit einer Hauptwelle 8 gekoppelt. Die Hauptwelle 8 bildet selbst ein hohles Gelenk, in das eine Ritzelwelle 12a eingesetzt und damit verbunden ist. Bei der dargestellten Aus-

führungsform sind mit der Ausgangsseite eines Zahnstangengetriebes 12, das die Ritzelwelle 12a umfaßt, Stangen 13 gekoppelt. Wenn daher das Lenkrad 10 gedreht wird, werden in Abhängigkeit davon die Zugstangen 13 in Tätigkeit versetzt, so daß die Richtung der nicht gezeigten Räder verändert wird.

Das Servolenksystem wird nunmehr speziell in Verbindung mit Figur 3a beschrieben. Mit 9 ist ein Elektromotor zur Erzeugung einer Antriebskraft bezeichnet. An einer Antriebswelle des Elektromotors 9 ist ein Motorritzel 5 befestigt. Mit 4a ist ein erstes nicht angetriebenes Zahnrad, mit 4b ein zweites nicht angetriebenes Zahnrad und mit 3 ein Hauptwellenzahnrad bezeichnet.

Das erste nicht angetriebene Zahnrad 4a und das zweite nicht angetriebene Zahnrad 4b bilden einen einzigen Körper, dessen Lagerwelle an beiden Enden durch Lager 15 und 17 drehbar gelagert ist. Das erste nicht angetriebene Zahnrad 4a kämmt mit dem Hauptwellenzahnrad 3, während das zweite nicht angetriebene Zahnrad 4b mit dem Motorritzel 5 kämmt.

Die Hauptwelle 8 wird über zwei Lager 14 und 16 durch ein Gehäuse drehbar gelagert, das sich aus zwei Elementen 18 und 19 zusammensetzt.

Die Figuren 3c und 3d zeigen ein Verbindungselement, d.h. ein Drehmomentübertragungsgelenk 2. Wieman den Figuren 3c und 3d entnehmen kann, besitzt das Drehmomentübertragtmgsgelenk 2 einen zylindrischen Hauptabschnitt und einen an einem Ende desselben ausgebildeten Flansch.

Der Flansch ist mit vier Vorsprüngen 2a versehen. Wie man Figur 3a entnehmen kann, ist die Hauptwelle 8 in das Drehmomentübertragungsgelenk 2 eingesetzt. Zwischen einer in der Innenwand des Zylinders des Drehmoment-Übertragungsgelenks 2 ausgebildeten Kerbe 2b und der Außenwand der Hauptwelle 8 ist ein Befestigungsmechanismus 6 gesetzt, über den das Drehmomentübertragungsgelenk 2 und. die Hauptwelle aneinander befestigt sind.

Figur 3b zeigt einen Schnitt entlang Linie IIIb-IIIb der Figur 3a. Wie man Figur 3b entnehmen kann, sind in das Hauptwellenzahnrad 3 vier bogenförmige Löcher gebohrt, von denen jedes eine Größe besitzt, die zur Aufnahme des Vorsprunges 2a geeignet ist. Nahezu am Mittelpunkt eines jeden Loches ist der entsprechende Vorsprung 2a eingesetzt. In jedem Loch des Hauptwellenzahnrades 3 sind zwei säulenförmige Dämpfungselemente 1 angeordnet, so daß der entsprechende Vorsprung 2a sich dazwischen befindet. Diese Dämpfungselemente 1 sind durch Vulkanisieren von Gummi hergestellt. Das Hauptwellenzahnrad 3 ist über ein in seinem mittleren Abschnitt gebohrtes Loch mit Hilfe eines Lagers 7 an der Hauptwelle 8 gelagert.

Obwohl bei der dargestellten Ausführungsform die Form des Vorsprunges 2a im Schnitt im wesentlichen quadratisch und die des Dämpfungselementes 1 im Schnitt im wesentlichen kreisförmig ist, können diese Teile auch eine kreisförmige,ellrptische, quadratische oder polygonale Form aufweisen. Die Teile können ferner so geformt sein, daß sie mit der Form der vier Löcher des Hauptwellenzahnrades 3 harmonieren, so daß kein Spalt in den Löchern zurückbleiben kann, wenn die Vor-

Sprünge 2a und die Dämpfungselemente 1 in den Löchern angeordnet sind. Die Form der vier Löcher des Bauptwellenzahnrades 3 kann kreisförmig,elliptisch, quadratisch oder polygonal sein, und diese Löcher können sich durch das Hauptwellenzahnrad 3 von einer Seite zur anderen hindurch erstrecken oder auch nicht. Darüberhinaus kann das Dämpfungselement 1 am Loch des HauptwellenZahnrades oder am Vorsprung 2a oder an beiden festgeklebt sein.

In den Figuren 4a, 4b und 4c ist eine Modifikation der vorstehend beschriebenen Ausführungsform dargestellt. Bei dieser Ausführungsform finden säulenförmige Klinken 23, die unabhängig voneinem Drehmomentübertragungsgelenk 22 vorgesehen sind, als Elemente Verwendung, die den vorstehend erwähnten Vorsprüngen 2a entsprechen. Diese Klinken 23 sind in vier Löcher 22a eingepaßt, die im Flansch des Drehmomentübertragungsgelenkes 22 ausgebildet sind. Ein Dämpfungselement 24 ist zylindrisch ausgebildet und an einem vorstehenden Abschnitt der Klinke 23 befestigt. Vier Löcher eines Hauptwellenzahnrades 21 sind kreisförmig, so daß sie mit der Form der Dämpfungselemente 24 harmonieren. Eine Verbindung zwischen den Klinken 23 und dem Drehmomentübertragungsgelenk 22 kann über eine Preßpassung oder einen Schweißvorgang erreicht werden. Kenn die Klinken 23 als unabhängiges Element ausgebildet sind, wie vorstehend beschrieben, besitzen die einzelnen Teile eine einfache Form, so daß die erforderliche Bearbeitung in einfacher Weise durchgeführt werden kann.

Die Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform. Diese Ausführungsform besitzt keinen Kupplungsvorsprung und kein Kupplungsloch in einem Drehmomentübertragungsgelenk

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31 und einem"Hauptwellenzahnrad 33, denn das Drehmomentübertragungsgelenk 31 und das Hauptwellenzahnrad 33 sind nur über eine Reibungskraft miteinander gekoppelt, die von einem ringröhrenförmigen Dämpfungselement 32 ausgeübt wird, das zwischen die Flächen des Gelenkes und des Zahnrades gequetscht worden ist. Obwohl bei dieser Ausführungsform das Dämpfung^ element 32 die Form einer Ringröhre besitzt, kann es auch als tetragonales oder hexagonales blattförmiges Element ausgebildet sein, das ein in seinem mittleren Bereich gebohrtes Loch besitzt, durch das sich die Hauptwelle 8 erstrecken kann, oder es kann aus einer Vielzahl von kleinen Dämpfungselementen zusammengesetzt sein. Darüberhinaus kann das Dämpfungselement 32 in Kontakt mit dem Hauptwellenzahnrad 8 angeordnet sein.

Obwohl bei diesen Ausführungsformen vulkanisierter Gummi als Dämpfungselement Verwendung findet, können statt dessen auch andere Einrichtungen eingesetzt werden, wie beispielsweise eine Feder oder ein öldämpfer.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, können mit der vorliegenden Erfindung die folgenden Wirkungen erzielt werden:

a) Stöße, die in dem Moment auftreten, wenn mit einer Lenkverstärkung durch die Antriebskraft des Motors begonnen wird, verschwinden. Die Steifigkeit des Lenksystems wird jedoch durch Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht in Mitleidenschaft gezogen.

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b) Kontaktgeräusche zwischen den Zahnrädern des Reduktionsgetriebes werden durch die Dämpfungselemente absorbiert und erreichen nicht das Fahrgastabteil.

c) Spiel, der Zahnräder wird von den Dämpfungselementen absorbiert. Somit muß der Präzisionsgrad des entsprechenden Mechanismus nicht notwendigerweise erhöht werden, die Bearbeitung der Teile wird einfach, und es treten keine Qualitätsschwankungen des Produktes auf.

d) Schwankungen des Drehmomentes während des Lenkvorganges durch Spannungsschwankungen infolge der Ankernuten werden gering, und das Lenkgefühl wird verbessert.

Erfindungsgemäß wird somit eine Kraftübertragungsvorrichtung eines motorbetriebenen Servolenksystems vorgeschlagen, die die folgenden Bestandteile umfaßt: Ein Antriebszahnrad, das an der Außenseite einer Welle montiert ist, die eine von einem Lenkrad erhaltene Kraft auf einen Lenkmechanismus überträgt, und das

um die Welle drehbar ist, ein erstes Verbindungselement, das mindestens ein Zahnrad zum Koppeln des Antriebszahnrades mit einer Antriebswelle eines Elektromotors besitzt, ein zweites Verbindungselement, das mit der Welle oder dem Antriebs zahnrad gekoppelt ist,

und ein Dämpfungselement, das elastisch ausgebildet ist und mit dem anderen Element von der Welle und dem

Antriebs zahnrad sowie dem zweiten Verbindungselement gekoppelt ist. Das zweite Verbindungselement besitzt vorzugsweise einen zylindrischen Abschnitt, der an der Außenseite der Welle befestigt ist, und Vorsprünge, und das Antriebs zahnrad weist Löcher zur Aufnahme des Dämpfungselementes und der Vorsprünge auf.

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Leerseite -

Claims

Patentansprüche

1. Kraftübertragungsvorrichtung eines motorbetriebenen Servolenksystems, gekennzeic hne t durch:

Ein Antriebs zahnrad (3), das an der Außenseite einer Welle montiert ist, die eine von einem Lenkrad (10) erhaltene Kraft auf einen Lenkmechanismus überträgt, und das um die Welle (8) drehbar ist,

ein erstes Verbindungselement (4a, 4b, S), das mindestens ein Zahnrad zum Verbinden des Antriebszahnrades (3) mit einer Antriebswelle eines Elektromotors (9) aufweist,

ein zweites Verbindungselement (2, 22)., das entweder mit der Welle (8) oder dem Antriebs zahnrad (3) gekoppelt ist, und

ein Dämpfungselement (1, 24, 32), das elastisch ausgebildet und mit dem anderen Element der Welle und des Antriebszahnrades sowie mit dem zweiten Verbindungselement (2) gekoppelt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekenn ze ich net, daß das zweite Verbindungselement (2, 22) einen zylindrischen Abschnitt aufweist, der an der Außenseite der Welle befestigt ist, und einen Vorsprung, und daß das Antriebszahnrad (3) ein Loch zur Aufnahme des Dämpfungselementes (1) (24) besitzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,dadurch g e ken nzeic hnet, daß es sich bei dem Vorsprung um eine Stange (23) handelt, die in ein im zweiten Verbindungselement (22) ausgebildetes Loch (22a) eingepaßt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verbindungselement einen zylindrischen Abschnitt aufweist, der an der Außenseite der Welle befestigt ist, und einen an einem Ende des zylindrischen Abschnittes vorgesehenen Flansch und daß das Dämpfungselement (3 2) zwischen dem Flansch und einer Endfläche des Antriebszahnrades angeordnet und dort festgequetscht ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch g e kennzeichnet , daß das zweite Verbindungselement (2) mindestens vier Vorsprünge (2a) aufweist, die symmetrisch zur Welle angeordnet sind, und daß das Antriebs zahnrad (3) vier Löcher besitzt, die den Vorsprüngen (2a) entsprechen.

6. Vorrichtung nach Anspruch l.dad ure h g e kennzeichnet, daß das Dämpfungselement (1, 24, 32) aus vulkanisiertem Gummi besteht.