DE3925214A1 - Drehmomentenverstaerker mit geknickter kennlinie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehmomentenverstärker, insbesondere für eine vollelektrische Servolenkung eines Kraftfahrzeuges, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Drehmomentenverstärker dieser Art sind beispielsweise aus der DE-OS 36 12 619 bekannt, wo sie - jeweils als Zweierverband - im Rahmen einer vollelektrischen Servolenkeinrichtung eines Kraftfahrzeuges Verwendung finden.

Solche Drehmomentverstärker bestehen im wesentlichen aus einer mit einem Eingangsmoment beaufschlagbaren Eingangswelle, einer ein Ausgangsmoment abgebenden Ausgangswelle und einer ein Servo­ moment liefernden Verstärkerwelle, die über eine Reibungskupplung, vorzugsweise nach Art einer Lamellenkupplung, drehmomentenüber­ tragend mit der Eingangswellen-/Ausgangswelleneinheit koppelbar ist.

Solche Drehmomentverstärker können nicht nur im Rahmen einer vollelektrischen Servolenkeinrichtung Anwendung finden, sondern im Prinzip überall dort, wo ein Eingangsdrehmoment verstärkt werden soll.

Die bekannten Drehmomentenverstärker besitzen - soweit es ihren Verstärkungsbereich betrifft - eine lineare Kennlinie. In vielen Anwendungsbereichen, so auch im Rahmen einer vollelektrischen Servolenkeinrichtung, wäre eine progressiv ansteigende Kenn­ linie jedoch vorteilhafter.

Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Drehmomentenverstärker der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art mit progressiver Drehmomenten-Kennlinie zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patent­ anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil­ dungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird also die das Servomoment der Verstärkerwelle in die Eingangswellen-/Ausgangswelleneinheit einschleusende Reibungskupplung in mehrere Teilkupplungen aufgeteilt, die derart angeordnet und bemessen sind, daß sie in Abhängigkeit von der Größe der Kupplungsbetätigungskraft, insbesondere aber in Abhängigkeit von der Größe des Eingangsdrehmoments der Eingangs­ welle, selbsttätig nacheinander in Reibeingriff gelangen, so daß sich eine geknickte, je nach Zahl der Teilreibungskupplungen mehrfach geknickte Kennlinie ergibt.

Anhand zweier in der Zeichnung dargestellter prinzipieller Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachstehend näher er­ läutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 den Längsschnitt eines ersten Ausführungsbei­ spiels eines Drehmomentenverstärkers gemäß der Erfindung,

Fig. 2 den Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbei­ spieles eines solchen Drehmomentenverstärkers und

Fig. 3 eine mit einem derartigen Drehmomentenver­ stärker erzielbare Drehmomenten-Kennlinie.

Der Drehmomentenverstärker enthält eine Eingangswelle 1, über die mittels einer nicht weiter dargestellten Betätigungsvorrichtung vorzugsweise manuell ein Eingangsdrehmoment eingeleitet wird, und eine Ausgangswelle 2, von der zur Betätigung einer nicht weiter dargestellten Einrichtung ein Ausgangsdrehmoment abge­ nommen werden kann.

Zur Unterstützung der manuellen Betätigung ist eine von einem nicht weiter dargestellten Servomotor, z.B. einem getriebelosen Gleichstrommotor mit hoher Drehzahl und kleinem Moment, ange­ triebene Verstärkerwelle 4 vorgesehen, deren Drehmoment über eine Reibungskupplung 5 auf die Eingangswellen-/Ausgangswellen­ einheit 1, 2 übertragbar ist, wobei der Grad der Drehmomentenüber­ tragung in Abhängigkeit von der Größe der Kupplungsbetätigungs­ kraft bzw. von der Größe des Eingangsdrehmoments mechanisch selbsttätig gesteuert wird. Nach Ansprechen der Reibungskupplung 5 steht somit an der Ausgangswelle 2 ein Ausgangsdrehmoment zur Verfügung, das der Summe aus Eingangsdrehmoment und übertragenem Teil des Verstärkerwellendrehmoments entspricht.

Die Reibungskupplung 5 besteht in den Ausführungsbeispielen aus zwei parallelgeschalteten Teilreibungskupplungen 6, 7 bzw. 6′, 7′, welche derart ausgebildet und angeordnet sind, daß sie in Abhängigkeit von der Größe der Kupplungsbetätigungskraft bzw. hier in Abhängigkeit von der Größe des Eingangsdrehmomentes der Eingangswelle 1 selbsttätig nacheinander in Reibeingriff gelangen, wodurch ein progressiv ansteigender Verlauf der Dreh­ momenten-Kennlinie M _dA=f(M _dE) des Drehmomentenverstärkers erzielt wird, wie in Fig. 3 dargestellt.

Die Teilreibungskupplungen 6, 7 bzw. 6′, 7′ sind dabei derart ausgebildet und angeordnet, daß die Kupplungsbetätigungskraft an den jeweiligen Folge-Teilreibungskupplungen, hier an der Teilreibungskupplung 7 bzw. 7′, jeweils über die zuvor in Reib­ eingriff gebrachten Teilreibungskupplungen, hier über die Teil­ reibungskupplung 6 bzw. 6′, zur Wirkung gebracht wird und zwar erst nach Überschreiten der Federkraft einer Stützfeder 13 bzw. 13′, welche die zuvor in Reibeingriff gelangte Teilrei­ bungskupplung, hier also die Teilreibungskupplung 6 bzw. 6′, abstützt.

Wenn also statt der in den Ausführungsbeispielen vorgesehenen zwei Teilreibungskupplungen 6, 7 bzw. 6′, 7′ jeweils insgesamt n Teilreibungskupplungen angeordnet sind, müssen in entsprechender Weise jeweils n-1 Stützfedern vorgesehen werden.

In den Ausführungsbeispielen ist die Reibungskupplung 5 wie bei den bekannten Drehmomentenverstärkern in der DE-OS 36 12 619 räumlich zwischen der Eingangswellen-/Ausgangswelleneinheit 1, 2 und einer diese konzentrisch umgebenden topfförmigen Kupplungs­ glocke 9 angeordnet, welche über eine Ritzelanordnung 8 von der Verstärkerwelle 4 angetrieben wird.

Die beiden Teilreibungskupplungen 6, 7 bzw. 6′, 7′ sind axial unmittelbar nebeneinanderliegend angeordnet und enthalten axial­ kraftbetätigte Kupplungsglieder, welche jeweils - axialverschieb­ lich - wechselweise mit der Kupplungsglocke 9 und der Eingangs­ wellen-/Ausgangswelleneinheit 1, 2 verdrehfest verbunden sind.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die erste Teilreibungs­ kupplung mit lamellenförmigen Kupplungsgliedern, d.h. als Lamellenkupplung ausgebildet, während die zweite Teilreibungs­ kupplung 7 Kupplungsglieder mit konischen bzw. kegeligen Reib­ flächen enthält. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind beide Teilreibungskupplungen 6′ und 7′ als Lamellenkupplungen, d.h. mit scheibenförmigen Kupplungsgliedern ausgebildet.

Die zur Ansteuerung der Teilreibungskupplungen erforderliche axiale Kupplungsbetätigungskraft wird über eine Druckplatte 14 unmittelbar an den Kupplungsgliedern der zuerst in Reibeingriff zu bringenden Teilreibungskupplung, in den Ausführungsbeispielen der Teilreibungskupplung 6 bzw. 6′, zur Wirkung gebracht. Die Druckplatte 14 ist dabei auf einer axialverschiebbaren Kupplungs­ betätigungsvorrichtung gelagert, die in den Ausführungsbeispielen durch eine axialverschieblich zwischen der Eingangswelle 1 und der Ausgangswelle 2 angeordnete Steuerwelle 3 ausgebildet ist, welche mit ihrem einen Ende über ein Steilgewinde 10 mit der Eingangswelle 1 und mit ihrem anderen Ende über ein Steck­ gewinde bzw. eine Keilverzahnung 11 mit der Ausgangswelle 2 mechanisch gekoppelt ist und auf welcher außerdem die rele­ vanten Kupplungsglieder der beiden Teilreibungskupplungen verdrehfest, aber axialverschieblich gelagert sind.

Das von der Druckplatte 14 jeweils entferntest liegende Kupplungs­ glied aller Teilreibungskupplungen mit Ausnahme der zuletzt in Reibeingriff bringbaren Teilreibungskupplung ist jeweils durch eine Stützfeder 13 bzw. 13′ abgestützt, deren Federkraft der Kupplungsbetätigungskraft entgegengerichtet wirkt. Da in den Ausführungsbeispielen nur zwei Teilreibungskupplungen vorgesehen sind, ist entsprechend jeweils nur eine Stützfeder 13 bzw. 13′ vorgesehen, welche das letzte Kupplungsglied der ersten Teilreibungskupplung 6 bzw. 6′ abstützt und in den Ausführungsbeispielen aus über den Lamellenumfang verteilt angeordneten Teilfedern besteht. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird die Federkraft der Stützfeder 13 dabei indirekt, nämlich über das erste Kupplungsglied der zweiten Teilreibungs­ kupplung 7 am letzten Kupplungsglied der ersten Teilreibungs­ kupplung zur Wirkung gebracht, während sie im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 direkt am letzten Kupplungsglied der ersten Teilrei­ bungskupplung 6′ angreift.

Wenn mehr als zwei Teilreibungskupplungen 6, 7 bzw. 6′, 7′ vorgesehen sind und entsprechend mehr als nur eine Stützfeder 13 bzw. 13′ erforderlich sind, dann werden die Federkräfte der an den Kupplungsgliedern der verschiedenen Teilreibungskupp­ lungen angreifenden Stützfedern verschieden groß bemessen und zwar derart, daß sie mit zunehmendem Abstand der ihnen zugeordneten Teilreibungskupplungen von der Druckplatte 14 ebenfalls zunehmen. Durch die Größe dieser Federkräfte wird der Drehmomenten-Kennlinienverlauf bestimmt, d. h. wird festge­ legt, bei jeweils welcher Kupplungsbetätigungskraft bzw. bei jeweils welchem Eingangsdrehmoment die einzelnen Teilreibungs­ kupplungen in Reibeingriff gelangen.

Wenn an der in einem Wälzlager 15 gelagerten Eingangswelle 1 ein Eingangsdrehmoment aufgebracht wird, dann wird über das Steilgewinde 10 in die die Druckplatte 14 tragende Steuerwelle 3 eine Axialkraft eingeleitet, deren Größe dem Eingangsdrehmoment proportional ist und deren Richtung von der Wirkrichtung dieses Eingangsdrehmomentes abhängt; im Hinblick auf die angestrebte Wirkungsweise ist im Ausführungsbeispiel nur die in Richtung Ausgangswelle, d.h. nach rechts gerichtete Kraft von Interesse, unter deren Wirkung die Steuerwelle 3 mit Druckplatte 14 axial gegen die erste Teilreibungskupplung 6 bzw. 6′ bewegt wird.

Da in den Ausführungsbeispielen zwischen der Steuerwelle 3 und der benachbarten Eingangswelle 1 bzw. der benachbarten Ausgangswelle 2 je eine vorgespannte Druckfeder 12 wirksam ist, welche die Steuerwelle bei fehlendem Eingangsdrehmoment in einer Neutral- oder Mittenstellung hält, gelangen die Kupp­ lungsglieder der ersten Teilreibungskupplung 6 bzw. 6′ jeweils erst dann in einen drehmomentübertragenden Reibeingriff, wenn die auf die Steuerwelle 3 ausgeübte Axialkraft die axialen Abstützkräfte dieser Federn 12 überschreitet.

Die in Fig. 3 dargestellte Drehmomentenkennlinie M _dA=f(M _dE) des Drehmomentenverstärkers besitzt daher einen ersten Kenn­ linienbereich A ohne Drehmomentenverstärkung, in dem - wegen fehlenden Kupplungseingriffs - an der Ausgangswelle 2 lediglich das über die Steuerwelle 3 und die Stützfedern 12 übertragene Eingangsdrehmoment der Eingangswelle 1 abgenommen werden kann. Daran schließt sich ein zweiter Drehmomentenbereich mit einem ersten Verstärkungsfaktor an, in dem lediglich die erste Teil­ reibungskupplung 6 bzw. 6′ in Reibeingriff ist und demzufolge einen entsprechenden Teil des von der Verstärkerwelle 4 ge­ lieferten Servomomentes in die Eingangswellen-/Ausgangswellen­ einheit 1, 2 einschleust und an der Ausgangswelle 2 daher ein Ausgangsdrehmoment abgenommen werden kann, welches der Summe aus dem Eingangsdrehmoment und dem über die erste Teil­ reibungskupplung eingeschleusten Servomoment entspricht. Die erste Teilreibungskupplung 6 bzw. 6′ wird während dieser Zeit axial von der Stützfeder 13 bzw. 13′ abgestützt, so daß in die benachbarte zweite Teilreibungskupplung 7 bzw. 7′ noch keine diese Teilreibungskupplung betätigende Axialkraft über­ tragen wird.

Wenn die vom Eingangsdrehmoment der Eingangswelle 1 erzeugte Axialkraft der Steuerwelle 3 bzw. der Druckplatte 4 die Abstütz­ kraft der Stützfeder 13 bzw. 13′ überschreitet, dann gelangen auch die Kupplungsglieder der zweiten Teilreibungskupplung 7 bzw. 7′ in Reibeingriff und über die nun der ersten Teilrei­ bungskupplung wirkungsmäßig parallelgeschaltete zweite Teil­ reibungskupplung wird zusätzlich ein entsprechender Teil des von der Verstärkerwelle 4 gelieferten Servomoments in die Eingangswellen-/Ausgangswelleneinheit 1, 2 übertragen. Dem Kennlinienbereich B der Drehmomentenkennlinie des Drehmomen­ tenverstärkers schließt sich daher ein dritter Kennlinien­ bereich C mit entsprechend größerem Verstärkungsfaktor an. Sind weitere Teilreibungskupplungen parallelgeschaltet, so enthält die Drehmomentenkennlinie entsprechend weitere Bereiche.

Der in Fig. 3 dargestellte Kennlinienbereich dient lediglich zur Erläuterung des Erfindungsprinzips; die Breite der Bereiche sowie der Kennlinienanstieg in den Bereichen B und C sind rein willkürlich gewählt.

Abweichend von den dargestellten Ausführungsbeispielen wäre es prinzipiell auch denkbar, auf die zwischen Steuerwelle 3 und Eingangs- bzw. Ausgangswelle 1, 2 angeordneten Federn 12 zu verzichten. Ein solcher Verzicht hätte zur Folge, daß die von der Eingangswelle 1 in die Steuerwelle 3 eingeleitete Axialkraft über die Druckplatte 14 sofort an der ersten Teil­ reibungskupplung 6 bzw. 6′ zur Wirkung kommen würde. In der Drehmomentenkennlinie der Fig. 3 käme dann der untere Kenn­ linienbereich A ohne Drehmomentenverstärkung in Fortfall.

Durch die Bemessung der Stützfedern 13 bzw. deren Federkenn­ linien besteht die Möglichkeit, das Übergangsverhalten zwischen den jeweiligen Kennlinienbereichen zu variieren.

Wenn der erfindungsgemäße Drehmomentenverstärker im Rahmen einer z. B. aus der DE-OS 36 12 619 bekannten vollelektrischen Servolenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden soll, ist auf der Steuerwelle 3 spiegelsymmetrisch zur Ver­ stärkerwelle 4 eine der Reibungskupplung 5 entsprechende zweite Reibungskupplung anzuordnen, um über diese für die entgegenge­ richtete Drehrichtung der Eingangswelle einen entsprechenden Drehmomentenkennlinienverlauf zu erzeugen.

Claims (4)

1. Drehmomentenverstärker, insbesondere für eine vollelektrische Servolenkung eines Kraftfahrzeuges, mit einer Eingangswelle, einer damit mechanisch gekoppelten Ausgangswelle, einer von einem Servomotor angetriebenen Verstärkerwelle sowie einer Reibungskupplung, über die die Verstärkerwelle dreh­ momentenübertragend mit der Eingangswellen-/Ausgangswelleneinheit koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungskupplung (5) aus mindestens zwei parallelgeschalteten Teilreibungskupplungen (6, 7; 6′, 7′) besteht, die in Abhängigkeit von der Größe der Kupplungsbetätigungskraft, vorzugsweise in Abhängigkeit von der Größe des Eingangsdrehmoments (M _dE) der Eingangswelle (1), selbsttätig nacheinander in Reibeingriff gelangen.

2. Drehmomentenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsbetätigungskraft an den jeweiligen Folge-Teilreibungskupplungen (7, 7′) jeweils über die zuvor in Reibeingriff gebrachten Teilreibungskupp­ lungen (6, 6′) und erst nach Überschreiten der Federkraft einer die zuvor in Reibeingriff gelangten Teilreibungskupplung (6, 6′) abstützenden Stützfeder (13, 13′) zur Wirkung gebracht wird.

3. Drehmomentenverstärker nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch nachstehende Merkmale:

• a) die Reibungskupplung (5) ist räumlich zwischen der Eingangs­ wellen-/Ausgangswelleneinheit (1, 2, 3) und einer diese konzentrisch umgebenden, von der Verstärkerwelle (4) angetriebenen Kupplungsglocke (9) angeordnet.
• b) Die Teilreibungskupplungen (6, 7; 6′, 7′) sind axial unmittelbar nebeneinanderliegend angeordnet und enthalten axialkraftbetätigte Kupplungsglieder, welche jeweils - axialverschieblich - wechselweise mit der Kupplungsglocke (9) und der Eingangswellen-/Ausgangswelleneinheit (1, 2, 3) verdrehfest verbunden sind.
• c) Die Kupplungsbetätigungskraft wird über eine auf einer axialverschiebbaren Kupplungsbetätigungsvorrichtung (Steuer­ welle 3) gelagerte Druckplatte (14) unmittelbar an den Kupplungsgliedern der zuerst in Reibeingriff bringbaren Teilreibungskupplung (6, 6′) zur Wirkung gebracht.
• d) Das von der Druckplatte (14) jeweils entferntest liegende Kupplungsglied aller Teilreibungskupplungen mit Ausnahme der zuletzt in Reibeingriff bringbaren Teilreibungskupplung (7, 7′) ist jeweils durch eine der Kupplungsbetätigungs­ kraft entgegengerichtet wirkende Stützfeder (13, 13,) abgestützt.
• e) Die Federkräfte der an den Kupplungsgliedern der ver­ schiedenen Teilreibungskupplungen (6, 6′) angreifenden Stützfedern (13, 13′) sind verschieden groß und nehmen mit zunehmendem Abstand der ihnen zugeordneten Teilreibungs­ kupplungen von der Druckplatte (14) zu.

4. Drehmomentverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsbetätigungsvorrichtung als axialverschieblich zwischen der Eingangswelle (1) und der Ausgangswelle (2) angeordnete Steuerwelle (3) ausgebildet ist, die mit ihrem einen Ende über ein Steilgewinde (10) mit der Eingangswelle (1) und mit ihrem anderen Ende über eine Keilverzahnung (11) mit der Ausgangswelle (2) mechanisch gekoppelt ist.