DE3526498C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftübertragungs­ vorrichtung eines motorbetriebenen Servolenksystems mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

In bezug auf eine derartige Vorrichtung ist eine Aus­ führungsform in der offengelegten japanischen Patentan­ meldung 57-47 251 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 miteinan­ der verbindet, wie dies bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Fall ist, tritt normalerweise zwischen den Zahnrädern Spiel oder ein entsprechender Spalt auf, wie in Fig. 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 Posi­ tionieren erforderlich. Wenn man mit dem Antrieb einer Vor­ richtung, die Spiel aufweist, beginnt, beginnt sich nur ein Zahnrad auf der Antriebsseite zu drehen, da das ent­ sprechende Zahnrad auf der angetriebenen Seite vom Zahnrad auf der Antriebsseite getrennt ist. Wenn das Zahnrad auf der Antriebssseite 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 Lenk­ welle angeordnet ist und bei dem ein Zahnrad auf der Seite der Lenkwelle, auf die eine Kraft von einem Lenkrad aufge­ bracht wird, als Zahnrad auf der Antriebsseite und ein Zahn­ rad auf der Seite des Elektromotors als Zahnrad auf der an­ getriebenen Seite wirkt, treffen, wenn man von einem Außer­ betriebszustand der Vorrichtung ausgeht, die Zahnräder auf­ einander, sobald der Fahrer beginnt, das Lenkrad zu drehen.

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

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

Eine Kraftübertragungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist aus der EP 00 51 015 B1 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist zwischen dem Elektromotor und der Lenkwelle ein Dämpfungselement in der Form einer Spiralfeder vorgesehen, das im Getriebestrang auftretende Vibrationen dämpft. Bei dem vorgesehenen Elektromotor handelt es sich um einen solchen mit gleich­ bleibender Drehrichtung. Dies macht die Anordnung einer Kupplung erforderlich, die bei der bekannten Ausführungsform als Scheibenkupplung ausgebildet ist. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist somit zwar bereits ein Dämpfungselement im Getriebestrang zwischen dem Elektromotor und der Welle vor­ gesehen, jedoch ist die Vorrichtung insgesamt sehr aufwen­ dig gestaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftüber­ tragungsvorrichtung der angegebenen Art zu schaffen, die bei Ermöglichung einer vibrationsfreien Kraftübertragung einen besonders einfachen Aufbau aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einer Kraftübertragungsvorrichtung der angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung kommt ein Dämpfungselement aus vulkanisiertem Gummi zum Einsatz. Dieses Dämpfungsele­ ment ist mit dem Antriebszahnrad oder der Welle und dem zweiten Verbindungselement gekoppelt. Wenn hierbei Vibra­ tionen aufgrund von zwischen den Zahnrädern der Antriebs­ systeme vorhandenem Spiel auftreten, werden diese Vibra­ tionen durch das Dämpfungselement absorbiert und nicht auf die Lenkwelle übertragen. Hierbei weist die Vorrichtung einen besonders einfachen Aufbau auf.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung weist das zweite Verbindungselement einen zylin­ drischen Abschnitt, der an der Außenseite der Welle be­ festigt ist, und einen Vorsprung auf, und im Antriebs­ zahnrad ist mindestens ein Loch zur Aufnahme des Dämpfungs­ elementes ausgebildet. Durch diesen Aufbau können der Ver­ schleiß und Beschädigungen des Dämpfungselementes aufgrund einer geringeren mechanischen Festigkeit desselben als der anderen Elemente stark reduziert werden, so daß über eine lange Betriebsdauer Spiel absorbiert werden kann.

Insgesamt lassen sich mit der vorliegenden Erfindung somit die folgenden Wirkungen erzielen:.

• a) Stöße, die in dem Moment auftreten, wenn mit einer Lenk­ verstärkung durch die Antriebskraft des Motors begonnen wird, verschwinden. Die Steifigkeit des Lenksystems wird jedoch durch das erfindungsgemäße Dämpfungselement nicht in Mitleidenschaft gezogen.
• b) Kontaktgeräusche zwischen den einzelnen Elementen werden durch das Dämpfungselement absorbiert und erreichen nicht das Fahrgastabteil.
• c) Spiel der Elemente wird vom Dämpfungselement absorbiert. Somit muß der Präzisionsgrad des entsprechenden Mechanis­ mus nicht notwendigerweise erhöht werden. Die Bearbeitung der Teile wird einfach, und es treten keine Qualitäts­ schwankungen des Produktes auf.
• d) Schwankungen des Drehmomentes während des Lenkvorgan­ ges durch Spannungsschwankungen werden gering, und das Lenkgefühl wird verbessert.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei­ spielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm, das schematisch eine Ausführungsform einer Kraftübertragungs­ vorrichtung darstellt;

Fig. 2 eine Vorderansicht eines beispielhaften Zustandes zweier miteinander kämmender Zahnräder;

Fig. 3a einen Vertikalschnitt, der die Ausführungs­ form der Fig. 1 im Detail zeigt;

Fig. 3b einen Schnitt entlang Linie IIIb-IIIb in Fig. 3a;

Fig. 3c einen Schnitt durch eine Drehmomentüber­ tragungsverbindung, von der Unterseite her gesehen;

Fig. 3d einen Schnitt entlang Linie IIId-IIId in Fig. 3c;

Fig. 4a bis 4c den Fig. 3b, 3c und 3d entsprechende An­ sichten einer modifizierten Ausführungsform einer Kraftübertragungsvorrichtung; und

Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Kraftübertragungsvor­ richtung.

In Fig. 1 ist schematisch ein Mechanismus eines motorbe­ triebenen Servolenksystems dargestellt, von dem einige Ab­ schnitte deutlich in den Fig. 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 eine Hohlwelle, in das eine Ritzelwelle 12a eingesetzt und damit verbunden ist. Bei der dargestellten Ausführungsform 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 Zugstan­ gen 13 in Tätigkeit versetzt, so daß die Richtung der nicht gezeigten Räder verändert wird.

Das Servolenksystem wird nunmehr speziell in Verbindung mit Fig. 3a beschrieben. Mit 9 ist ein Elektromotor zur Er­ zeugung einer Antriebskraft bezeichnet. An einer Antriebs­ welle 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 Haupt­ wellenzahnrad 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 ge­ lagert ist. Das erste nicht angetriebene Zahnrad 4a kämmt mit dem Hauptwellenzahnrad 3, während das zweite nicht ange­ triebene 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 Fig. 3c und 3d zeigen ein zweites Verbindungsele­ ment 2, d. h. eine Drehmomentübertragungswelle. Wie man den Fig. 3c und 3d entnehmen kann, besitzt das Drehmoment­ übertragungsgelenk einen zylindrischen Hauptabschnitt und einen an dem Ende desselben ausgebildeten Flansch.

Der Flansch ist mit vier Vorsprüngen 2a versehen. Wie man Fig. 3a entnehmen kann, ist die Hauptwelle 8 in die Dreh­ momentübertragungswelle eingesetzt. Zwischen einer in der Innenwand des zylindrischen Abschnitts der Drehmomentüber­ tragungswelle ausgebildeten Kerbe 2b und der Außenwand der Hauptwelle 8 ist ein Befestigungsmechanismus 6 gesetzt, über den die Drehmomentübertragungswelle und die Hauptwelle an­ einander befestigt sind.

Fig. 3b zeigt einen Schnitt entlang Linie IIIb-IIIb der Fig. 3a. Wie man Fig. 3b entnehmen kann, sind in das Hauptwellenzahnrad 3 vier bogenförmige Löcher gebohrt, von denen jedes eine Größe besitzt, die zur Aufnahme des Vor­ sprungs 2a geeignet ist. Nahezu am Mittelpunkt eines jeden Loches ist der entsprechende Vorsprung 2a eingesetzt. In jedem Loch des Hauptwellenzahnrades 3 sind zwei säulenför­ mige Dämpfungselemente 1 angeordnet, so daß der ent­ sprechende 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 Vorsprungs 2a im Schnitt im wesentlichen quadratisch und die des Dämpfungselementes 1 im Schnitt im wesentlichen kreis­ förmig ist, können diese Teile auch eine kreisförmige, elliptische, quadratische oder polygonale Form aufweisen. Die Teile können ferner so geformt sein, daß sie mit der Form der vier Löcher des Hauptwellenzahnrades 3 harmonie­ ren, so daß kein Spalt in den Löchern zurückbleiben kann, wenn die Vorsprunge 2a und die Dämpfungselemente 1 in den Löchern angeordnet sind. Die Form der vier Löcher des Hauptwellenzahnrades 3 kann kreisförmig, elliptisch, qua­ dratisch oder polygonal sein, und diese Löcher können sich durch das Hauptwellenzahnrad 3 von einer Seite zur anderen hindurch erstrecken oder auch nicht. Darüber hinaus kann das Dämpfungselement 1 am Loch des Hauptwellenzahnrades oder am Vorsprung 2a oder an beiden festgeklebt sein.

In den Fig. 4a, 4b und 4c ist eine Modifikation der vorstehend beschriebenen Ausführungsform dargestellt. Bei dieser Ausführungsform finden säulenförmige Klinken 23, die unabhängig von einer Drehmomentübertragungswelle (zweites Verbindungselement 22) vorgesehen sind, als Elemente Ver­ wendung, die den vorstehend erwähnten Vorsprüngen 2a ent­ sprechen. Diese Klinken 23 sind in vier Löcher 22a einge­ paßt, die im Flansch der Drehmomentübertragungswelle 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 der Drehmomentübertragungswelle kann über eine Preßpassung oder einen Schweißvorgang erreicht werden. Wenn 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 Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform. Diese Aus­ führungsform besitzt keinen Kupplungsvorsprung und kein Kupplungsloch in einer Drehmomentübertragungswelle (zweiten Verbindungselement 31) und einem Hauptwellenzahnrad 33, denn das Drehmomentübertragungsgelenk und das Hauptwellenzahn­ rad 33 sind nur über eine Reibungskraft miteinander gekop­ pelt, die von einem ringröhrenförmigen Dämpfungselement 32 ausgeübt wird, das zwischen die Flächen des Gelenkes und des Zahnrades gequetscht worden ist. Obwohl bei dieser Aus­ führungsform das Dämpfungselement 32 die Form einer Ring­ röhre besitzt, kann es auch als tetragonales oder hexa­ gonales 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 zusammen­ gesetzt sein. Darüber hinaus kann das Dämpfungselement 32 in Kontakt mit dem Hauptwellenzahnrad 8 angeordnet sein.

Claims (5)

1. Kraftübertragungsvorrichtung eines motorbetriebenen Servolenksystems mit einem Antriebszahnrad, das an der Außenseite einer Welle fest montiert ist, die eine von einem Lenkrad erhaltene Kraft auf einen Lenkmechanismus über­ trägt, und das mit der Welle drehbar ist, einem ersten Verbindungselement, das mindestens ein Zahnrad zum Ver­ binden des Antriebszahnrades mit einer Antriebswelle eines Elektromotors aufweist, einem zweiten Verbin­ dungselement, das entweder mit der Welle oder dem An­ triebszahnrad gekoppelt ist, und einem im Getriebe­ strang zwischen dem Elektromotor und der Welle vor­ gesehenen Dämpfungselement, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Dämpfungselement (1, 24, 32) aus vulkanisiertem Gummi besteht und mit dem Antriebszahnrad (3, 33) oder der Welle (8) und dem zweiten Verbindungselement (2, 22) gekoppelt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das zweite Verbindungsele­ ment (2, 22) einen zylindrischen Abschnitt, der an der Außenseite der Welle (8) befestigt ist, und einen Vorsprung aufweist, und daß im Antriebszahnrad (3) mindestens ein Loch zur Aufnahme des Dämpfungselementes (1, 24) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es sich bei dem Vorsprung um eine Stange (23) handelt, die in ein im zweiten Ver­ bindungselement (22) ausgebildetes Loch (22a) einge­ paßt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das zweite Verbindungsele­ ment einen zylindrischen Abschnitt, der an der Außen­ seite der Welle (8) befestigt ist, und einen an einem Ende des zylindrischen Abschnitts vorgesehenen Flansch aufweist und daß das Dämpfungselement (32) zwischen dem Flansch und einer Endfläche des Antriebszahnrades (33) angeordnet und dort festgequetscht ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das zweite Verbindungs­ element (2) mindestens vier Vorsprünge (2a) aufweist, die symmetrisch zur Welle angeordnet sind, und daß das Antriebszahnrad (3) vier Löcher aufweist, die den Vorsprüngen (2a) entsprechen.