DE4442546C1 - Durch Servomotor unterstützte Zahnstangenlenkung bzw. -steuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine durch Servomotor unter­ stützte Zahnstangenlenkung bzw. -steuerung, deren Zahnstange mit einem Ritzel antriebsgekoppelt ist, welches in Längs­ richtung der Zahnstange zwischen zwei Endlagen beweglich gelagert ist und dessen Bewegungen den Servomotor steuern.

Eine entsprechende Zahnstangenlenkung ist Gegenstand der DE 42 03 335 A1 sowie der GB 22 49 288 A. Nach beiden Druckschriften ist vorgesehen, das Ritzel an seinem einen axialen Ende mittels eines Pendellagers zu haltern, derart, daß es je nach Richtung der zwischen Ritzel und Zahnstange wirksamen Kräfte eine gewisse Schwenkbewegung in der Verzahnungsebene der Zahnstange in der einen oder anderen Richtung auszuführen vermag. Diese Schwenkbewegung wird auf die Steuerorgane einer Servoventilanordnung über­ tragen, durch die ein hydraulischer Servomotor gesteuert wird.

Aus der DE 42 02 116 A1 ist eine Zahnstangenlenkung bekannt, bei der ein elektrischer Servomotor vorgesehen ist, welcher über ein Schneckengetriebe zwei koaxial zum Ritzel ange­ ordnete Kupplungsnaben in zueinander entgegengesetzten Richtungen antreibt. Diese Kupplungsnaben wirken mit einer gemeinsamen Klemmhülse zusammen, derart, daß je nach Drehung des Ritzels eine Antriebsverbindung mit der einen oder der anderen Kupplungsnabe bewirkt wird. Dementsprechend kann der ständig in einer Richtung laufende Elektromotor je nach Be­ darf eine das jeweilige Lenkmanöver unterstützende Hilfskraft in der einen oder anderen Richtung erzeugen.

Die DE 39 33 771 A1 betrifft eine Servolenkung, bei der Reib­ räder ständig in einander entgegengesetzten Richtungen ange­ trieben werden, wobei die Drehbewegung der Reibräder durch Reibungseingriff auf die gelenkten Räder übertragen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine elektromechanisch arbeitende Servolenkung mit besonders einfacher Konstruk­ tion zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Zahnstangenlenkung der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß das Ritzel in jeder Endlage mit einem von zwei Reibrädern kraftschlüssig gekuppelt ist, die von einem Motor - insbesondere Elektromotor - ständig in ein­ ander entgegengesetzten Richtungen angetrieben werden, und daß das Ritzel zwischen den Endlagen von beiden Reib­ rädern - im wesentlichen - entkuppelt ist.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine konstruktiv vorgesehene Querbeweglichkeit des Ritzels dazu auszunutzen, in Abhängigkeit von der Richtung und Größe der zwischen Ritzel und Zahnstange übertragenen Kräfte eine mechanische Antriebsverbindung zwischen dem Servo­ motor und dem Ritzel in der jeweils notwendigen Richtung einzuschalten. Dabei ist vorteilhaft, daß der Kraftschluß zwischen dem jeweiligen Reibrad und dem Ritzel von den zwischen Ritzel und Zahnstange übertragenen Kräften und damit von einer in der Regel auf das Ritzel wirkenden Hand- bzw. Betätigungskraft abhängt. Gleichzeitig haben die Reibräder neben ihrer Funktion der Kraftübertragung auf das Ritzel auch die Aufgabe, die Beweglichkeit des Ritzels in Richtung der Zahnstangenachse zu begrenzen.

Des weiteren ist vorteilhaft, daß der als Servomotor dienende Elektromotor od. dgl. mit den zugehörigen Reibrädern als Hilfs­ kraftmodul der Lenkung komplett vorgefertigt werden kann und sich dann als Hilfskrafteinheit an dem Gehäuse von Zahn­ stange und Ritzel montieren läßt.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Er­ findung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform verwiesen, die anhand der Zeichnung erläutert wird.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Zahnstangenlenkung und

Fig. 2 einen Schnitt entsprechend der Schnittlinie II-II.

Ein mit einem nicht dargestellten Lenkhandrad einer Fahr­ zeuglenkung drehfest verbundenes Ritzel 1 kämmt mit einer Zahnstange 2, die ihrerseits in an sich bekannter Weise über ein nicht dargestelltes Lenkgestänge die ebenfalls nicht dargestellten Lenkräder des Fahrzeuges steuert. Das Ritzel 1 ist in einem Pendellager 3 drehgelagert, derart, daß es sich etwas entsprechend den Pfeilen 4 und 5 in Fig. 2 in Richtung der Zahnstange seitwärts zu bewegen vermag. Die jeweiligen Endlagen des Ritzels 1 werden durch Reibräder 6 und 7 vorgegeben, an die sich das Ritzel 1 mit einem an ihm fest angeordneten Gegenreibrad 8 anlegt, wobei das Gegenreibrad 8 in jeder Endlage des Ritzels 1 mit jeweils einem der Reibräder 6 und 7 kraftschlüssig gekuppelt und in einer Mittellage des Ritzels 1 von beiden Reibrädern 6 und 7 entkuppelt ist.

Jedes der Reibräder 6 und 7 ist mit einem der Zahnräder 9 und 10 auf einer gemeinsamen Welle drehfest angeordnet, so daß sich die Reibräder 6 und 7 aufgrund der miteinander kämmenden Zahnräder 8 und 9 nur in zueinander entgegenge­ setzten Richtungen zu drehen vermögen.

Das Zahnrad 10 wird über eine Freilaufkupplung 11 von einem Elektromotor 12 in einer vorgegebenen Richtung angetrieben. Aufgrund der Freilaufkupplung 11 vermag sich das Zahnrad 10 weiterzudrehen, wenn der Elektromotor 12 blockieren sollte. Im übrigen kann sich das Zahnrad 10 auch schneller als der Motor 12 drehen. Grundsätzlich Gleiches, jedoch mit entgegen­ gesetztem Drehsinn, gilt für das Zahnrad 9.

Die Funktion wird anhand der Fig. 2 erläutert.

Zunächst möge das Ritzel 1 über das nicht dargestellte Lenkhandrad im Uhrzeigersinn gedreht werden. Dies ist gleichbedeutend damit, daß die Zahnstange 2 nach links verschoben wird. Wenn diese Verschiebung gegen einen gewissen Widerstand (Lenkwiderstand) erfolgt, so weicht das Ritzel 1 in Richtung des Pfeiles 5 aus, wobei sich das Gegen­ reibrad 8 mehr oder weniger fest an das Reibrad 7 anlegt. Damit vermag das Reibrad 7, welches vom Elektromotor ent­ gegen dem Uhrzeigersinn angetrieben wird, die Drehung des Ritzels 1 im Uhrzeigersinn und damit die Verschiebung der Zahnstange 2 nach links zu unterstützen.

Wird das Ritzel 1 durch die Hand- bzw. Betätigungskraft ent­ gegen dem Uhrzeigersinn gedreht, so erfolgt eine Seitwärts­ verschiebung in Richtung des Pfeiles 4, wodurch eine reib­ schlüssige Verbindung zwischen dem Reibrad 6 und dem Gegen­ reibrad 8 hergestellt wird. Da dieses im Uhrzeigersinn an­ getrieben wird, unterstützt also nun der Elektromotor 12 die Drehung des Ritzels 1 entgegen dem Uhrzeigersinne, und die Zahnstange 2 wird mit Motorunterstützung nach rechts verschoben.

Durch die Freilaufkupplung 11 wird gewährleistet, daß sich das Ritzel 1 durch die Hand- bzw. Betätigungskraft auch bei blockiertem Elektromotor 12 drehen läßt. Bei stillstehen­ dem selbsthemmungsfreien Elektromotor 12 wird gewährleistet, daß sich das Ritzel 1 durch die Hand- bzw. Betätigungskraft drehen läßt, ohne den Elektromotor 12 mitzudrehen.

Anstelle der durch die Reibräder 6 und 7 sowie das Gegen­ reibrad 8 gebildeten Reibkupplungen können grundsätzlich auch hydrodynamische Kupplungen od. dgl. eingesetzt werden.

Claims (6)

1. Durch Servomotor unterstützte Zahnstangenlenkung bzw. -steuerung, deren Zahnstange mit einem Ritzel antriebs­ gekoppelt ist, welches in Längsrichtung der Zahnstange zwischen zwei Endlagen beweglich gelagert ist und dessen Bewegungen den Servomotor steuern, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzel (1) in jeder Endlage mit einem von zwei Reibrädern (6, 7) kraftschlüssig gekuppelt ist, die von einem Motor (12) ständig in einander entgegengesetzten Richtungen angetrieben werden, und daß das Ritzel (1) zwischen den Endlagen von beiden Reibrädern (6, 7) - im wesentlichen - entkuppelt ist.

2. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzel (1) durch Federkraft in eine Mittellage gespannt ist.

3. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenläufig angetriebenen Reibräder (6, 7) mit einem am Ritzel (1) fest angeordneten Gegen­ reibrad (8) zusammenwirken.

4. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (12) mit den Reibrädern (6, 7) ein komplett am Zahnstangengehäuse montierbares Modul bildet.

5. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Motor (12) und Reibrädern (6, 7) ein Freilauf (11) angeordnet ist.

6. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Reibrad (7) koaxial zur Abtriebswelle des Motors (12) angeordnet ist und daß beide Reib­ räder (6, 7) über zu ihnen koaxiale Zahnräder (9, 10) miteinander antriebsmäßig verbunden sind.