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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkvorrichtung und
insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, eine elektrische Servolenkvorrichtung für ein
Fahrzeug.
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Es ist eine elektrische Servolenkvorrichtung für ein Fahrzeug bekannt, bei der die
Ausgangsdrehzahl eines Elektromotors, der ein Zusatz-Lenkdrehmoment erzeugt, mit
Zahnrädern in einem Kraftübertragungsmechanismus verringert wird, so daß ein
angemessenes Drehmoment bei angemessener Drehzahl auf eine Ausgangswelle der
Lenkvorrichtung übertragen wird. Wenn sich eine derartige Vorrichtung in Funktion befindet,
kann eine abrupte Kraft, die von der Straße auf die Räder wirkt, dazu führen, daß eine
Stoßbeanspruchung auf den Ausgang des Elektromotors wirkt, und eine derartige
Stoßbeanspruchung kann den Elektromotor oder den Kraftübertragungsmechanismus
beschädigen.
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Um eine derartige Stoßbeanspruchung zu verringern bzw. zu vermeiden, sind
herkömmlicherweise z. B. vorhanden:
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1) Ein gleitender Reibmechanismus, der auf der Ausgangswelle der
Lenkvorrichtung vorhanden ist und als Drehmomentbegrenzer dient, der bei zu hohem
Drehmoment eine Gleitbewegung bewirkt (Gebrauchsmusteranmeldung JP-A-475506), oder
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2) eine Magnetkupplung, die als Drehmomentbegrenzer dient und sich auf einer
Drehwelle des Elektromotors befindet.
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Bei derartigen herkömmlichen elektrischen Servolenkvorrichtungen:
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Muß, bei der unter 1) aufgeführten Konstruktion, da der Ausgang des Elektromotors
normalerweise über einen
Untersetzungs(Drehmomentvergrößerungs)-Getriebemechanismus auf die Ausgangswelle übertragen wird, die Reibkraft des
Gleitmechanismus, der an der Ausgangswelle angebracht ist, recht groß sein, um das erhöhte
Dreh
moment zu übertragen. Aus diesem Grund weist sie den Nachteil auf, daß eine genaue
Laststeuerung erforderlich ist, um eine konstante Reibungskraft zu erzeugen, und
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Bei der unter 2) aufgeführten Konstruktion ist eine konstante Zufuhr von Elektroenergie
zu der Magnetkupplung erforderlich. Aus diesem Grund weist sie Nachteile hinsichtlich
der Energieeinsparung auf, und das Solenoid der Magnetkupplung muß relativ groß
sein, wenn die Nennausgangsleistung des Motors zunimmt.
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EP-A-0535422 offenbart eine elektrische Servolenkvorrichtung, die umfaßt:
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ein Gehäuse;
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einen Motor mit einer Drehwelle, der an dem Gehäuse angebracht ist;
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eine Ausgangswelle, die mit einem Radlenkmechanismus verbunden ist;
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einen Untersetzungsgetriebemechanismus, der mit der Ausgangswelle verbunden und
mit einer Übertragungswelle versehen ist, wobei der Mechanismus Kraftübertragung von
der Übertragungswelle auf die Ausgangswelle bewirkt; und
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eine Kraftübertragungseinrichtung, die zwischen der Drehwelle des Motors und dem
Untersetzungsgetriebemechanismus angeordnet ist
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wobei die Kraftübertragungseinrichtung eine Reibplatte enthält, die keine Drehung in
bezug entweder auf die Drehwelle oder die Übertragungswelle ausführen kann, in bezug
auf diese jedoch axial beweglich ist, sowie ein Druckelement, das die Reibplatte an eine
Aufnahmeeinrichtung drückt, die eine Druckkraft von dem Druckelement aufnimmt,
wobei die Aufnahmeeinrichtung keine Drehung in bezug auf die andere der Wellen, d. h.
entweder die Drehwelle oder die Übertragungswelle, ausführen kann;
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wobei die Kraftübertragung in Funktion durch eine Reibkraft bewirkt wird, die zwischen
der Reibplatte und der Aufnahmeeinrichtung erzeugt wird.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektrische
Servolenkvorrichtung zu schaffen, mit der Beschädigung des Motors oder des
Kraftübertragungssystems, die durch Stoßbeanspruchung verursacht wird, verringert werden kann, und die
einen einfachen Aufbau aufweist.
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Dementsprechend schafft die Erfindung eine elektrische Servolenkvorrichtung, wie sie
im vorletzten Abschnitt beschrieben ist,
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dadurch gekennzeichnet, daß die Reibkraft so gewählt wird, daß sie größer ist als der
Antrieb, der normalerweise von dem Motor übertragen wird, jedoch kleiner als ein
vorgegebener Wert der Stoßbeanspruchung, der zwischen der Ausgangswelle und dem
Motor erzeugt wird; und
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die Aufnahmeeinrichtung ein Reibplattengehäuse enthält, das die Reibplatte und das
Druckelement so umschließt, daß die Druckkraft von dem Druckelement nicht aus dem
Reibplattengehäuse heraus übertragen wird.
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Zum Verständnis der Erfindung wird eine Ausführung derselben, die lediglich als
Beispiel dient, im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, wobei:
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Fig. 1 eine teilweise als Schnitt ausgeführte Seitenansicht einer elektrischen
Servolenkvorrichtung ist; und
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Fig. 2 eine Schnittansicht der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung in der Ebene II-II ist.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist zu sehen, daß eine elektrische Servolenkvorrichtung
100 ein Gehäuse 101 sowie eine Röhre 110 aufweist, die sich von diesem aus erstreckt.
Das Gehäuse 101 und die Röhre 110 sind jeweils mit Halterungen 114 und 115 an einer
Fahrzeugkarosserie (nicht dargestellt) befestigt. Im Inneren der Röhre 110 erstreckt sich
eine Eingangswelle 111, die an einem Ende mit einem Lenkrad (nicht dargestellt)
verbunden und in bezug auf die Röhre 110 drehbar gelagert ist. Das andere Ende der
Eingangswelle 111 ist mit einer Drehmoment-Erfassungsvorrichtung 112 verbunden.
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Die Drehmoment-Erfassungsvorrichtung 112 ist des weiteren mit einer Ausgangswelle
113 verbunden, die sich in dem Gehäuse 101 erstreckt und drehbar gelagert ist. Die
Ausgangswelle 113 ist mit einem Lenkmechanismus (nicht dargestellt) verbunden und
dient dazu, Drehmoment zum Lenken der Räder eines Fahrzeugs auf den
Lenkmechanismus zu übertragen. Die Drehmoment-Erfassungsvorrichtung 112 ist vorhanden, um
das relative Drehmoment zwischen der Eingangswelle 111 und der Ausgangswelle 113
zu erfassen und das Zusatz-Lenkdrehmoment zu steuern, die Einzelheiten einer
derartigen Vorrichtung werden hier jedoch nicht erläutert, da ihr Aufbau bereits bekannt ist.
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Die elektrische Servolenkvorrichtung 100 ist mit einer ersten und einer zweiten
Übertragungswelle 130 und 103 versehen. In der Nähe der
Drehmoment-Erfassungsvorrichtung 112 ist die Ausgangswelle 113 koaxial zu einem Schneckenrad 104, das mit einem
Schneckenradabschnitt bzw. einer Schnecke 103a (siehe Fig. 2) der zweiten
Übertragungswelle 103 in Eingriff ist, die sich senkrecht zu der Ebene von Fig. 1 erstreckt. Die
zweite Übertragungswelle 103 ist so angebracht, daß sie mit der Drehwelle (nicht
dargestellt) eines Motors 102 (siehe Fig. 2) gedreht werden kann.
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In Funktion dreht sich die Eingangswelle 111 und überträgt Drehmoment von der
Lenkwelle (nicht dargestellt) über die Drehmoment-Erfassungsvorrichtung 112 auf die
Ausgangswelle 113. Die Ausgangswelle 113 überträgt das Lenkdrehmoment auf den
Lenkmechanismus (nicht dargestellt). Ein Wert, der dem von der
Drehmoment-Erfassungsvorrichtung 112 erfaßten Drehmoment entspricht, wird einer Vergleichsschaltung (nicht
dargestellt) zugeführt und darin mit einem vorgegebenen Wert verglichen. Wenn der
entsprechende Wert den vorgegebenen Wert übersteigt, ist Zusatz-Lenkdrehmoment
erforderlich, und es wird ein Antriebsbefehl ausgegeben, um den Motor 102
anzutreiben. Der von dem Antriebsbefehl aktivierte Motor 102 dreht die zweite
Übertragungswelle 103 und überträgt so Drehmoment über das Schneckenrad 104.
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Wenn der Wert, der dem von der Drehmoment-Erfassungsvorrichtung 112 erfaßten
Drehmoment entspricht, niedriger ist als der vorgegebene Wert, ist das
Zusatz-Lenkdrehmoment nicht erforderlich, so daß der Motor 102 nicht aktiviert wird.
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Wie unter Bezugnahme auf Fig. 2 zu sehen ist, ist ein Elektromotor 102 am (in Fig. 2
gesehen) rechten Ende eines Gehäuses 101 angebracht, und eine Drehwelle 102c des
Elektromotors 102 ist mit einem Lager 122 drehbar gelagert. Zwei ringförmige
Reibplatten 231 sind um die Drehwelle 102c herum angebracht, die an ihr freies Ende
angrenzend Keilprofile 102d aufweist. Die Reibplatten 231 weisen mittig angeordnete
Öffnungen auf und sind mit Keilprofilen 231a versehen, die um den Umfang jeder dieser
Öffnungen herum angeordnet sind und den Keilprofilen 102d der Drehwelle 102c
entsprechen und in sie eingreifen, so daß sich die Reibplatten 231 in bezug auf die Drehwelle
102 nicht drehen können, aber axial dazu beweglich sind.
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Die Reibplatten 231 sind von einem Reibplattengehäuse 233 umschlossen, das hohl ist
und einen Abschnitt 233a mit großem Durchmesser sowie einen Abschnitt 233b mit
kleinem Durchmesser umfaßt, die durch einen Verbindungsabschnitt 233c miteinander
verbunden sind, der Teil-Kegelstumpfform aufweist. Der Innendurchmesser des
Abschnitts 233a mit großem Durchmesser wird so gewählt, daß er geringfügig größer ist
als der Außendurchmesser der Reibplatten 231, so daß die axiale Bewegung der
Platten 231 nicht behindert wird.
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Zwei aneinanderliegende Tellerfedern 232 sind um die Drehwelle 102c herum und in
Kontakt mit den beiden Reibplatten 231 angeordnet. Eine in Umfangsrichtung
verlaufende Nut 233d ist am Innenumfang des Reibplattengehäuses 233 in der Nähe des
Außenumfangs der axial außenliegenden Fläche der Reibplatte 231, die dem Elektromotor
am nächsten liegt, ausgebildet. In dieser Nut 233d befindet sich eine Druckplatte 234,
die darin über ein Ende des Reibplattengehäuses angebracht ist. Die Reibplatten 231
werden zwischen der Druckplatte 234 und einem sich radial erstreckenden
Flanschabschnitt des Verbindungsabschnitts 233c gehalten, so daß der Abstand zwischen diesen
Platten 231 auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird, so daß eine Druck- bzw.
Spannkraft der Tellerfedern 232 auf einen vorgegebenen Bezugswert oder darüber
eingestellt wird. Das Reibplattengehäuse 233 und die Druckplatte 234 bilden eine
Aufnahmeeinrichtung, die die Spannkraft von den Tellerfedern 232 aufnimmt, während die
Tellerfedern 232 Druckelemente bilden. Die Reibplatten 231, die Aufnahmeeinrichtungen
233, 234 und die Druckelemente 232 bilden zusammen eine
Kraftübertragungseinrichtung.
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Eine Übertragungswelle bzw. eine Untersetzungsgetriebemechanismus-Eingangswelle
103, die koaxial zu der Drehwelle 102c des Elektromotors 102 ist, ist mit einem ersten
und einem zweiten Lager 105, 106, die in dem Gehäuse 101 angeordnet sind, drehbar
gelagert. An das Ende der Übertragungswelle 103 am nächsten an dem Elekromotor
102 liegend angrenzend sind Keilprofile 103e ausgebildet, die mit entsprechenden
Keilprofilen 233e in Eingriff kommen, die am Innenumfang des Abschnitts 233b des
Reibplattengehäuses 233 mit kleinem Durchmesser eingreifen, so daß das
Reibplattengehäuse 233 so an der Übertragungswelle 103 angebracht ist, daß es sich in bezug darauf
nicht drehen, jedoch axial in bezug darauf bewegen kann. Das freie Ende des
Abschnitts 233b des Reibplattengehäuses 233 mit kleinem Durchmesser liegt an einem
Zwischen-Sitzelement 237 an, so daß es an Bewegung in der axialen Richtung von dem
Motor 102 (in Fig. 2 nach links) gehindert wird. Die Lager 105, 106 enthalten äußere
Ringe 105a, 106a, innere Ringe 105b, 106b und eine Vielzahl von Kugeln 105c, 106c,
die zwischen den inneren und den äußeren Ringen gehalten werden. An der Seite des
zweiten Lagers 106, die am weitesten von dem Elektromotor 102 entfernt ist, ist ein
Zwischen-Sitzelement 235 zwischen einem abgesetzten Abschnitt des Gehäuses 101 und
dem äußeren Ring 106a des zweiten Lagers 106 vorhanden. Darüber hinaus ist auf der
anderen Seite des zweiten Lagers 106, die am nächsten an dem Elektromotor 102 liegt,
ein Sicherungsring 236 in eine Umfangsnut in dem Gehäuse 101 eingeführt, so daß das
zweite Lager 106, das zwischen dem Zwischen-Sitzelement 235 und dem
Sicherungsring 236 eingeschlossen ist, an axialer Bewegung gehindert wird.
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Die Übertragungswelle 103 ist mit einem Flanschabschnitt 103c in Kontakt mit der axial
innenliegenden Seite des ersten Lagers 105 versehen, mit einem Flanschabschnitt
103b, der mit dem zweiten Lager 106 in Kontakt ist, sowie mit einer Schnecke bzw.
einem Schneckenradabschnitt 103a, der zwischen diesen Flanschabschnitten 103b, 103c
angeordnet ist und mit einem Schneckenrad 104 in Eingriff kommt. An dem Ende der
Übertragungswelle 103, das von dem Motor 102 am weitesten entfernt ist, befindet sich
ein Schraubengewinde 103d, das mit einer Mutter 107 in Eingriff kommt, und der innere
Ring 105b des ersten Lagers 105 wird zwischen dem Flanschabschnitt 103c und der
Mutter 107 gehalten. Das Schneckenrad 104 und die Schnecke 103a bilden einen
Untersetzungsgetriebe-Mechanismus.
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Bei normaler Funktion wird das von dem Motor 102 erzeugte Drehmoment über die
Drehwelle 102c auf die Reibplatten 231 übertragen. Die beiden Reibplatten 231 werden
von den Tellerfedern 232 auf die Druckplatte 234 bzw. den Verbindungsabschnitt 233c
des Reibplattengehäuses 233 zu auseinandergespannt. Dadurch wird jede Reibplatte
231 zwischen einer entsprechenden Tellerfeder 232 und der Druckplatte 234 des
Reibplattengehäuses 233 zusammengedrückt, so daß eine Reibkraft entsteht, die der
Spannkraft entspricht. Wenn die Spannkraft der Tellerfedern 232 und der Abstand
zwischen den Reibplatten 231 so ausgewählt werden, daß die Reibkraft größer ist als das
von dem Motor 102 in normaler Funktion erzeugte Drehmoment, drehen sich die
Reibplatten 231 sowie das Reibplattengehäuse 233 bei normaler Funktion zusammen.
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Durch das auf das Reibplattengehäuse 233 übertragene Drehmoment wird das
Schneckenrad 104 über die Schnecke 103a der Übertragungswelle 103 gedreht, und es
wird weiter auf einen Lenkradmechanismus (nicht dargestellt) übertragen.
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Jedoch kann eine Stoßbeanspruchung auf ein Rad wirken, die durch unregelmäßige
Straßenoberfläche verursacht wird. In diesem Fall kann bei einer herkömmlichen
elektrischen Servolenkvorrichtung eine Stoßbeanspruchung über das
Kraftübertragungssystem auf den Motor übertragen werden, die dem Ausgang des Motors entgegenwirkt.
Diese Gegenwirkung könnte eine zu hohe Spannung in dem Kraftübertragungssystem
bewirken, die schließlich zur Zerstörung von Bauteilen führt.
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Bei der elektrischen Servolenkvorrichtung 100 in Fig. 2 kommt es jedoch, da die
Spannkraft der Tellerfedern 232 so ausgewählt wird, daß die zwischen den entsprechenden
Reibplatten 231 und der Druckplatte 234 sowie dem Reibplattengehäuse 233 erzeugte
Reibkraft geringer ist als ein vorgegebener Wert der Stoßbeanspruchung, zu einer
Gleitbewegung der entsprechenden Reibplatten 231 und der Druckplatte 234 sowie des
Reibplattengehäuses 233 zueinander in Reaktion auf eine zu hohe
Stoßbeanspruchung. So kann Beschädigung des Kraftübertragungssystems verhindert werden, da
eine zu hohe Stoßbeanspruchung fast vollständig durch die relative Gleitbewegung
gedämpft werden kann.
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Des weiteren wird bei der elektrischen Servolenkvorrichtung 100 in Fig. 2 die von den
Tellerfedern 232 auf die Reibplatten 231 übertragene Spannkraft vollständig von dem
Reitplattengehäuse 233 aufgenommen, d. h., diese Spannkraft wird von dort aus nicht
nach außen übertragen. So wird keine entstehende axiale Kraft auf das Lager 122, das
die Drehwelle 102a des Elektromotors 102 trägt oder auf das erste und das zweite
Lager 105, 106, die die Übertragungswelle 103 tragen, übertragen, und der
Laufwider
stand dieser Lager 122, 105, 106 bleibt niedrig, so daß die Rückdrehfähigkeit des
Lenkrades verbessert wird. Weiterhin läßt sich mit der elektrischen Servolenkvorrichtung 100
in Fig. 2, bei der zwei Reibplatten 231 eingesetzt werden, die Kraftübertragungsfähigkeit
verbessern, oder es können Reibplatten 231 mit im Vergleich zu einer Vorrichtung, bei
der nur eine Reibplatte eingesetzt wird, verringertem Durchmesser verwendet werden.
Darüber hinaus ermöglicht das Vorhandensein von zwei Reibplatten 231 die
Übertragung eines ausreichend hohen Drehmomentes selbst dann, wenn die entsprechenden
Keilprofile jeder Reibplatte 231 nur ein begrenztes Drehmoment übertragen können.
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Die Ausführung in Fig. 2 kann in geeigneter Weise abgewandelt und verändert werden.
So ist es beispielsweise möglich, nur eine Reibplatte 231 einzusetzen. Des weiteren
können, obwohl bei der Ausführung in Fig. 2 das Reibplattengehäuse 233 in bezug auf
die Übertragungswelle 103 axial beweglich ist, als Alternative dazu das
Reibplattengehäuse 233 und die Übertragungswelle 103 miteinander verbunden sein, so
beispielsweise mit einem radial hindurchtretenden Stift.
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Bei der elektrischen Servolenkvorrichtung in Fig. 2 ist die Kraftübertragungseinrichtung
(231, 232, 233, 234) zwischen der Drehwelle 102c des Motors 102 und dem
Untersetzungsgetriebemechanismus 103a, 104 angeordnet, so daß die Kraftübertragung mit
einer relativ geringen Reibkraft bewirkt wird, die zwischen den entsprechenden
Reibplatten 231 und der Druckplatte 234 sowie dem Reibplattengehäuse 233 erzeugt wird,
bevor das Ausgangsdrehmoment des Motors 102 von dem
Untersetzungsgetriebemechanismus 103a, 104 verstärkt wird. Dementsprechend kann die
Kraftübertragungseinrichtung 231, 232, 233, 234 einfacher und kompakter ausgeführt werden, da es nicht
erforderlich ist, die von den Druckelementen 232 übertragene Spannkraft zu erhöhen,
und auch die Fläche der Reibplatten 231 nicht vergrößert werden muß.