DE4109920A1 - Elektrisch angetriebene servo-lenkvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Servo-Lenkvorrichtung, die einen Elektromotor verwendet, und sie betrifft im einzelnen eine solche Vorrichtung, die dazu bestimmt ist, Schlaggeräusche zu verhindern, die durch ein Spiel eines Zahnrades dann entstehen können, wenn eine Drehmomentübertragung von einem Elektromotor auf die Lenkwelle stattfindet.

Eine elektrisch angetriebene Servo-Lenkvorrichtung nach dem Stand der Technik, wie sie beispielsweise in der japanischen offengelegten Patentanmeldung 2 26 362/1986 bekannt ist, umfaßt eine Lenksäule, die drehbar gelagert und mit einem Lenkrad verbunden ist, ein mit einem Elektromotor gekoppeltes Kegelrad verminderten Durchmessers und ein auf der Lenkwelle befestigtes Kegelrad größeren Durchmessers, das im Zahneingriff mit dem Kegelrad kleineren Durchmessers steht.

Bei der beschriebenen Vorrichtung entsteht ein Spiel zwischen den Zähnen der beiden Kegelräder und es entstehen Schlaggeräusche dann, wenn die Zähne der beiden Zahnräder während der Drehung der Lenkwelle aufeinanderstoßen. Um ein solches Spiel bereits in der Entstehung zu vermeiden, müssen die Zähne der beiden Zahnräder sehr genau bearbeitet werden; in der Praxis ist es jedoch schwierig, eine vollständige Vermeidung des Spieles zu erreichen.

Im Stand der Technik ist das Kegelrad größeren Durchmessers an der Lenkwelle dadurch befestigt worden, daß diese entweder als Keilwelle ausgebildet worden ist oder daß ein einzelner Keil zwischen die Lenkwelle und dem Zahnrad eingesetzt worden ist. wenn beide Teile jedoch in Form einer Keilwelle zusammengesetzt sind, dann entsteht ein sehr kleiner Zwischenraum zwischen den gezahnten Teilen beider Teile und wenn beide Teile mit Hilfe eines einzelnen Keiles verbunden werden, dann entsteht ein kleiner Zwischenraum zwischen dem Keil und dem jeweils anderen Teil. In solcher Zwischenraum schafft die Möglichkeit von Schlaggeräuschen dann, wenn das Kegelrad gegen die Lenkwelle anstößt oder wenn der Keil gegen das jeweils andere Teil anstößt.

Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, in einer elektrisch angetriebenen Servo-Lenkvorrichtung Schlaggeräusche zu vermeiden, die durch ein Spiel der Kraftübertragungs-Zahnräder entstehen können.

Im einzelnen betrifft die Erfindung eine elektrisch angetriebene Servo-Lenkvorrichtung, die aus einer drehbar gelagerten und mit einem Lenkrad verbundenen Lenkwelle besteht, ferner aus einem mit einem Elektromotor verbundenen Kegelrad kleineren Durchmessers und einem auf der Lenkwelle befestigten Kegelrad größeren Durchmessers, das im Zahneingriff mit dem Kegelrad kleineren Durchmessers steht. Gemäß der Erfindung ist das Kegelrad größeren Durchmessers auf der Lenkwelle so befestigt, daß es relativ dazu axial verschiebbar ist und es sind Mittel vorgesehen, um die Zähne des Kegelrades größeren Durchmessers auf die Zähne des Kegelrad kleineren Durchmessers zuzudrücken, wobei diese Mittel in der Lage sind, das Zahnrad größeren Durchmessers so mit der Lenkwelle zu verbinden, daß es dieser gegenüber keine Relativdrehung durchführen kann.

Bei der beschriebenen Anordnung drücken die Druckmittel die Zähne der Kegelräder größeren und kleineren Durchmessers gegeneinander und verhindern auf diese Weise ein Spiel zwischen den Zähnen dieser Zahnräder. Auf diese Weise wird das Entstehen von Schlaggeräuschen verhindert, die durch das Anschlagen der Zähne dieser Zahnräder gegeneinander enstehen können.

Es ist festzuhalten, daß deshalb, weil das Kegelrad größeren Durchmessers so mit der Lenkwelle verbunden ist, daß eine Relativ-Drehung zu dieser Welle mit Hilfe der Druckmittel verhindert wird, ein Spiel zwischen genuteten Teilen oder zwischen einem einzelnen Keil und seinem Gegenstück vermieden wird, der dann entstehen würde, wenn beide Teile als Keilwelle ausgebildet sind oder wenn beide Teile mit Hilfe eines einzelnen Keiles so verbunden sind, daß eine Relativdrehung verhindert wird, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist; auf diese Weise kann das Entstehen von Schlaggeräuschen verhindert werden.

Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun mehrere Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise beschrieben, wobei die Erfindung und die durch sie erzielbaren Vorteile noch klarer hervortreten werden. Es zeigen:

Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform nach der Erfindung;

Fig. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1; und

Fig. 3 ist ein Querschnitt entsprechend Fig. 2 für eine andere Ausführungsform der Erfindung.

Eine in Fig. 1 dargestellte, elektrisch angetriebene Servo-Lenkvorrichtung 1 besitzt ein Gehäuse 2, in dem eine Lenkwelle 3 drehbar gelagert ist. Die Lenkwelle 3 besteht aus einer Eingangswelle 4, auf deren einem Ende, welches sich aus dem Gehäuse 2 heraus nach außen erstreckt, ein nicht dargestelltes Lenkrad befestigt ist sowie aus einer Abtriebswelle 6, auf der ein Ritzel 6a ausgebildet ist,; dieses Ritzel kämmt mit einer Zahnstange 5, die mechanisch mit einem nicht dargestellten Fahrzeugrad verbunden ist. Die Lenkwelle besteht ferner aus einer Torsionsstange 7, welche die Eingangswelle 4 und die Abtriebswelle 6 so miteinander verbindet, daß innerhalb eines gegebenen Winkelbereiches eine Relativverdrehung zwischen diesen beiden möglich ist.

Die Abtriebswelle 6 hat einen Abschnitt 6b mit größerem Durchmesser, in dem das untere Ende der Torsionsstange 7 sitzt und auf dem ein Kegelrad 11 mit größerem Durchmesser befestigt ist. Das Kegelrad 11 wird durch ein Hypoid-Kegelrad gebildet, dessen Zähne 11a nach oben gerichtet sind. Das Kegelrad 11 kämmt mit einem Kegelrad 12 von vermindertem Durchmesser, das seinerseits im Gehäuse 2 drehbar gelagert ist.

Das Kegelrad 12 verminderten Durchmessers ist durch eine danebenliegende, elektromagnetisch betätigte Kupplung 13 mit der Abtriebswelle 14a eines Elektromotors 14 verbindbar. Wenn demzufolge eine nicht dargestellte Steuervorrichtung den Motor 14 betätigt und wenn die Kupplung 13 eingekuppelt ist, dann kann das Kegelrad 12 vorwärts oder rückwärts verdreht werden. Durch die Drehung des Kegelrades 12 wird das mit ihm kämmende Kegelrad 11 größeren Durchmessers sowie die Abtriebswelle 6 angetrieben und sie drehen sich um einen gegebenen Winkel entweder vorwärts oder rückwärts, wodurch ein nicht dargestelltes lenkbares Laufrad über die Zahnstange 5 gelenkt wird.

Innerhalb des Gehäuses und oberhalb und nahe bei dem Kegelrad 11 mit dem größeren Durchmesser ist eine Erfassungsvorrichtung 15 vorgesehen und zwar so, daß sie die Abtriebswelle 6 umgibt. Die Erfassungsvorrichtung 15 dient dazu, an die oben erwähnte Steuervorrichtung dann ein Erfassungssignal abzugeben, wenn eine Relativverdrehung zwischen der Eingangswelle 4 und der Abtriebswelle 6 festgestellt wird, durch die die mit beiden Wellen 4, 6 verbundene Torsionsstange 7 verdreht wird.

Die oben erwähnte Steuervorrichtung hält die Kupplung 13 normalerweise in ihrer eingekuppelten Lage und steuert den Motor so, daß er sich auf der Grundlage des Eingangssignales von der Erfassungsvorrichtung 15 und von vorher gespeicherten Daten vorwärts oder rückwärts dreht, wodurch die Zahnstange 5 über die beiden Kegelräder 11, 12 und die Abtriebswelle 6 angetrieben wird.

Wenn die Abtriebswelle 6 in dieser Weise verdreht wird, dann werden sowohl der Winkel, um den sie sich verdreht hat und die Richtung, in die sie verdreht worden ist, durch eine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 16 erfaßt, die mit dem unteren Ende der Abtriebswelle 6 in Verbindung steht, wobei die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 16 ein Signal an die oben erwähnte Steuervorrichtung abgibt. Die Signale, die sowohl von der Erfassungsvorrichtung 15 als auch von der Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 16 abgegeben werden, werden in der Steuervorrichtung miteinander verglichen und dann, wenn zwischen ihnen eine Abweichung besteht, die ein vorgegebenes Maß überschreitet, kuppelt die Steuervorrichtung die Kupplung 13 aus, wodurch das Kegelrad 12 vom Motor 14 getrennt wird.

Die oben beschriebene Anordnung und ihre Wirkungsweise sind im wesentlichen dieselbe wie bei üblichen, elektrisch angetriebenen Servo-Lenkvorrichtungen. Es ist jedoch festzustellen, daß bei der vorliegenden Erfindung das Kegelrad 11 größeren Durchmessers dadurch mit der Abtriebswelle 6 verbunden ist, daß im Mittelabschnitt des Kegelrades 11 eine Durchgangsöffnung 11b vorgesehen ist, die auf den Abschnitt 6b mit dem größeren Durchmesser der Abtriebswelle 6 so aufgepaßt ist, daß das Kegelrad 11 gegenüber der Abtriebswelle 6 verdrehbar und verschiebbar ist. Das Kegelrad 11 und die Abtriebswelle 6 sind miteinander durch eine Blattfeder 17 verbunden, die es ermöglicht, daß das Kegelrad 11 und die Abtriebswelle 6 axial relativ zueinander verschiebbar sind, die es aber unmöglich macht, daß zwischen diesen Teilen eine Relativbewegung in Drehrichtung erfolgt.

Die Blattfeder 17 hat gemäß Fig. 2 allgemein die Form eines dreieckigen Rahmens, welcher die Abtriebswelle 6 umgibt. An den Spitzen des Dreiecks liegen erste Verbindungspunkte 17a, welche radial außen angeordnet sind und die mit der Unterseite des Kegelrades 11 rund um seinen äußeren Umfang mit Hilfe von Schrauben 18 befestigt sind. Die Blattfeder hat auch zweite Verbindungspunkte 17b, die jeweils zwischen zwei benachbarten ersten Verbindungspunkten 17a liegen. Die zweiten Verbindungspunkte 17b sind gegenüber den ersten Verbindungspunkten 17a radial nach innen versetzt und sie sind auch axial von den ersten Verbindungspunkten 17a versetzt. Diese zweiten Verbindungspunkte 17b sind mit Hilfe von Schrauben 18 mit einem Flansch 6c der Abtriebswelle 6 verbunden, der unterhalb des Abschnittes 6b mit größerem Durchmesser liegt.

Wenn die Abtriebswelle 6 und das Kegelrad 11 größeren Durchmessers in der oben beschriebenen Weise durch die Blattfeder 17 miteinander verbunden sind, dann wirkt die Nachgiebigkeit der Blattfeder 17 so, daß das Kegelrad 11 nach oben gedrückt wird, wodurch die Zähne 11a des Kegelrades 11 gegen die Zähne 12a des Kegelrades 12 anstoßen, wodurch ein Spiel zwischen diesen Zähnen verhindert wird. Auf diese Weise wird das Entstehen von Schlaggeräuschen vermieden, die sonst dann entstehen würden, wenn die Zähne 11a, 12a der beiden Kegelräder 11 und 12 gegeneinander anschlagen würden; ebenso werden Stöße und Rattergeräusche während eines Rücklaufs vermieden.

Da das Kegelrad 11 größeren Durchmessers und die Abtriebswelle 6 miteinander über die Blattfeder 17 so verbunden sind, daß eine Relativdrehung zwischen ihnen unmöglich ist, werden Schlaggeräusche, die durch ein Spiel zwischen verbundenen Teilen, also zum Beispiel dann, wenn die beiden Teile miteinander verkeilt sind, entstehen können, vermieden. Darüber hinaus können die Herstellungskosten im Vergleich zur Verwendung einer Keilwellen-Verbindung vermindert werden.

Es ist festgestellt worden, daß eine große Schwierigkeit darin besteht, alle Zähne der beiden Kegelräder 12 und 11, die als Hypoid-Kegelräder ausgebildet sind, in gleicher, genauer Ausbildung herzustellen. Demzufolge wird während des Zahneingriffes eine Drehmomentschwankung zwischen diesen Zahnrädern erzeugt; die Nachgiebigkeit der Blattfeder 17 wirkt jedoch dahingehend, eine solche Drehmoment-Schwankung einzuebnen, wodurch das Lenkgefühl verbessert wird, das über die Lenkwelle 3 an den Fahrer übertragen wird. Umgekehrt können die Hypoid-Zahnräder 12 und 11 mit einer verminderten Genauigkeit bearbeitet werden, ohne daß das Lenkgefühl herabgesetzt würde, so daß auf diese Weise die Herstellung dieser Zahnräder vereinfacht wird.

Anhand von Fig. 3 wird nun eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Bei der oben erwähnten ersten Ausführungsform wurde eine einzelne Blattfeder 17 in Form eines Rahmens verwendet, um die Abtriebswelle 6 mit dem Kegelrad 11 größeren Durchmessers zu verbinden. Bei der zweiten Ausführungsform sind demgegenüber Paare von Blattfedern 117, jedes in V-Form, an drei Punkten rund um die Abtriebswelle 106 herum angeordnet. Jedes freie Ende der jeweiligen Blattfeder 117, das radial innen liegt, ist mit Hilfe von Schrauben 118 an einem Flansch 106c befestigt, der an der Abtriebswelle 106 angeformt ist, während die Verbindung der V-Form oder das jeweils andere Ende der Blattfeder 117, die radial außen liegen, mit Hilfe von Schrauben 118 am Kegelrad 111 größeren Durchmessers befestigt sind. Bei dieser Ausführungsform sind diejenigen Teile, die denen in der ersten Ausführungsform entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie bei der ersten Ausführungsform, wobei lediglich die Zahl 100 hinzuaddiert ist. Aus dieser Beschreibung geht hervor, daß mit der zweiten Ausführungsform eine ähnliche Funktion und Wirkung erzielt werden kann wie mit der ersten Ausführungsform.

Obwohl für die Konstruktion der beiden Kegelräder 11 und 12 bei den beschriebenen Ausführungsformen Hypoid-Zahnräder unterstellt worden sind, sollte klar sein, daß diese Kegelräder nicht auf Hypoid-Zahnräder beschränkt sind.

Während die Erfindung oben in Verbindung mit zwei Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte klar sein, daß für den Fachmann viele Abweichungen und Änderungen von der obigen Offenbarung möglich sind, ohne daß dabei vom Umfang und Geist der Erfindung abgewichen wird, wie sie in den beigefügten Ansprüchen niedergelegt ist.

Claims (6)

1. Elektrisch angetriebene Servo-Lenkvorrichtung mit einer drehbar gelagerten und mit einem Lenkrad verbundenen Lenkwelle (3), einem mit einem elektrischen Motor (14) verbundenen Kegelrad (12) kleinen Durchmessers und einem Kegelrad (11) großen Durchmessers, das zum Zahneingriff mit dem Kegelrad 12 kleinen Durchmessers auf der Lenkwelle 3 befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kegelrad (11) großen Durchmessers so auf der Lenkwelle (3) befestigt ist, daß es darauf axial verschiebbar ist und daß Druckmittel (17, 117) vorgesehen sind, um die Zähne (11a) des Kegelrades (11, 111) großen Durchmessers auf die Zähne (12a) des Kegelrades (12) kleinen Durchmessers zu drücken, wobei die Druckmittel (17, 117) dahingehend wirken, daß eine relative Drehung zwischen dem Zahnrad (11, 111) großen Durchmessers und der Lenkwelle (3) vermieden wird.

2. Elektrisch angetriebene Servo-Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kegelrad (12) mit kleinerem Durchmesser über eine elektromagnetisch betätigbare Kupplung (13) mit einem Elektromotor (14) gekoppelt ist.

3. Elektrisch angetriebene Servo-Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kegelräder (11, 12) Hypoid-Kegelräder sind.

4. Elektrisch angetriebene Servo-Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkwelle (3) aus einer Eingangswelle (4) besteht, deren eines Ende sich aus dem Gehäuse (2) nach außen erstreckt und mit einem Lenkrad verbunden ist sowie aus einer Abtriebswelle (6, 106), die auf ihrem Umfang ein Ritzel (6a) aufweist, das im Zahneingriff mit einer Zahnstange (5) ist, die ihrerseits mit einem lenkbaren Fahrzeugrad verbunden ist, sowie aus einer Torsionsstange (7) zum Verbinden der Eingangswelle (4) und der Abtriebswelle (6, 106) so, daß eine Relativdrehung zwischen diesen beiden Teilen in einem vorgegebenen Winkelbereich möglich ist.

5. Elektrisch angetriebene Servo-Lenkvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittel aus einer Blattfeder (17) bestehen, die die Form eines im allgemeinen dreieckigen Rahmens aufweist, wobei die Blattfeder (17) rund um die Abtriebswelle (6) der Lenkwelle (3) herum angeordnet ist und zwischen der Abtriebswelle (6) und dem Kegelrad (11) mit dem größeren Durchmesser befestigt ist.

6. Elektrisch angetriebene Servo-Lenkvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittel aus mehreren Paaren Blattfedern (117) bestehen, von denen jedes Paar zwischen der Abtriebswelle (106), die ihrerseits die Lenkwelle bildet und dem Kegelrad (111) größeren Durchmessers verbunden ist.