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Die
Erfindung befaßt
sich mit eine motorbetriebenen Servolenkvorrichtung, welche einen
Drehmomentbegrenzer enthält,
um das Einwirken eines zu großen
Drehmoments auf die Lenkwelle zu verhindern, deren nähere Einzelheiten
in dem einleitenden Teil des Anspruches 1 angegeben sind.
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Eine
motorbetriebene Servolenkvorrichtung der in dem einleitenden Teil
des Anspruchs 1 angegebenen Art ist in EP-A-0 630 800 beschrieben.
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Bei
einer motorbetriebenen Servolenkvorrichtung, welche eine Lenkwelle,
ein um den Umfang der Lenkwelle passend angeordnetes Zahnrad und einen
Motor hat, welcher seine Drehkraft auf die Lenkwelle über das
Zahnrad zur Unterstützung des Lenkvorganges überträgt, wird
der Motor ernsthaft beschädigt,
wenn ein zu großes
Drehmoment auf die Lenkwelle beispielsweise dadurch einwirkt, daß der Fahrer
mit seinem Fahrzeug eine straßenseitige Bordkante überfährt. Wenn
wiederum die Abgabeleistung durch den Einsatz des Zahnrades vergrößert wird,
um das Verzögerungsverhältnis der
Drehzahl des Motors größer zu machen,
muß der
Durchmesser des Zahnrades ebenfalls größer gemacht werden, um zu verhindern,
daß eine
Stoßbelastung
einwirkt, welche von der Wirkung des Drehmoments auf die Lenkwelle
herrührt.
Hierdurch wird es unmöglich, daß eine solche
Vorrichtung sich kompakt auslegen läßt. Aus den vorstehend genannten
Gründen
ist ein Drehmomentbegrenzer zwischen dem Motor und der Lenkwelle
vorgesehen. Sicher wurden die Drehmomentbegrenzer üblicherweise
in den Motor eingebunden. Diese Einrichtungen arbeiten derart, daß die Motorabtriebswelle
immer dann durchrutschen kann, wenn das auf die Welle wirkende Drehmoment
einen vorbestimmten Grenzwert erreicht hat.
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Wenn
jedoch der Drehmomentbegrenzer in den Motor auf diese Weise eingebunden
ist, hat er aber keine funktionelle Wirkung, wenn die Motorabtriebswelle
aus irgendwelchen Gründen,
wie beim Auftritt eines Unfalls, gesperrt ist. In dieser Situation kann
das Lenkrad nicht mehr genutzt werden. Eine weitere Schwierigkeit
ist dann zu sehen, daß die
Zähne des
Zahnrads, welches die Drehkraft von dem Motor auf die Lenkwelle überträgt, in machen
Fällen
aus einem synthetischen Kunststoffmaterial hergestellt sind, um
Geräuchentwicklungen
einzudämmen.
Zähne dieser
Art brechen bei der Einwirkung eines zu großen Drehmoments und hierdurch
wird die Zahnraddrehbewegung blockiert. Der in den Motor eingebundene
Drehmomentbegrenzer arbeitet unter derartigen Umständen nicht,
und das Lenkrad kann nicht genutzt werden. Eine weitere Schwierigkeit
ist darin zu sehen, daß bei
den Übertragungssystemen,
bei denen die Drehkraft des Motors auf die Lenkwelle über Zahnräder übertragen
wird, der Wirkungsrad bei der Übertragung
der Zahnräder
sich aufgrund der einzelnen Unterschiede zwischen den Zahnrädern ändern kann.
Aus diesem Grunde ist es schwierig, den Drehmomentgrenzwert genau
innerhalb eines vorbestimmten Einstellbereichs oder Vorgabeberei ches
einzustellen. Wiederum wird das Übertragungsverhältnis der
Drehkraft durch die Zahnräder,
wie ein Schneckenrad und eine Schnecke, größer. Bei diesen Anwendungsfällen muß der Drehmomentgrenzwert
sehr genau eingestellt werden, und dies bedeutet, daß man einen äußerst präzise arbeitenden Drehmomentbegrenzer
einsetzen muß.
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Eine
mögliche
Alternative zu den vorstehend beschriebenen Auslegungsformen ist
darin zu sehen, einen Drehmomentbegrenzer passend zwischen dem Zahnrad
und der Lenkwelle vorzusehen. Beispielsweise hat die motorbetriebene
Servolenkvorrichtung, welche in der japanischen Veröffentlichung Nr.
H2-120178 angegeben ist, eine Einrichtung, welche eine Kraft erzeugt,
um eine Mehrzahl von Reibungsplatten zusammen zu drücken, welche
sich als eine Einheit mit dem Zahnrad drehen, und eine Mehrzahl
von Reibungsplatten zusammen zu drücken, welche sich als Einheit
mit der Lenkwelle drehen, wobei dieses Zusammendrücken in
axialer Richtung der Lenkwelle erfolgt. Der Drehmomentgrenzwert
wird in diesem Fall nach Maßgabe
des Reibungswiderstandes zwischen den unterschiedlichen Sätzen von
Reibungsplatten eingestellt. Diese Vorrichtung hat auch eine Einrichtung,
welche ermöglicht,
daß der
Drehmomentgrenzwert dadurch eingestellt werden kann, daß die Kraft
verändert
wird, mit der die Reibungsplatten zusammengedrückt werden bzw. aufeinanderzu
gedrückt
werden.
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Die
vorstehend beschriebene Einrichtung benötigt eine Mehrzahl von zusammenzudrückenden Reibungsplatten
jedoch, wodurch die Anzahl von Einzelteilen größer wird, während zugleich auch mehr Mannstunden
und auch Maschinenstunden zur Herstellung der Vorrichtung benötigt werden.
Der Drehmomentgrenzwert kann sich auch durch die kumulierende Wirkung
von Toleranzen bei den Axialabmessungen der Reibungsplatten ändern. Unter
diesen Umständen
ist es schwierig sicherzustellen, daß der Drehmomentgrenzwert genau
innerhalb des vorbestimmten Einstellwertbereiches eingestellt ist.
Das Erfordernis, daß eine
Einstelleinrichtung für
den Drehmomentgrenzwert vorgesehen ist, führt auch zu einer Vergröße rung der
Anzahl von Bauteilen, und hierdurch wird die Auslegung der Vorrichtung
verkompliziert.
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Bei
der motorbetriebenen Servolenkvorrichtung, welche in der japanischen
Veröffentlichung
der Gebrauchsmusterschrift Nr. H2-15576 beschrieben ist, wird der
Drehmomentgrenzwert nur nach Maßgabe
der Preßsitzpassungskraft
eingestellt, mit der die Lenkwelle in dem Zahnrad angeordnet ist.
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Wenn
jedoch der Drehmomentgrenzwert nur nach Maßgabe der Preßsitzpassungskraft
eingestellt wird, mit der die Lenkwelle in dem Zahnrad angeordnet
ist, muß die
Preßsitzpassungskraft äußerst genau
vorbestimmt und kalibriert werden. Dies bedeutet, daß der Außenumfang
der Lenkwelle und der Innenumfang des Zahnrads äußerst genau maschinell bearbeitet
werden müssen.
Diese maschinelle Bearbeitungsgenauigkeit läßt sich in der Praxis hierfür nur unter
Schwierigkeiten durchführen,
und daher, ist es schwierig sicherzustellen, daß der Drehmomentgrenzwert genau
innerhalb des vorbestimmten Einstellbereiches eingestellt ist.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
einer motorbetriebenen Servolenkvorrichtung, welche in der japanischen
Gebrauchmusterschrift Nr. H2-15576 beschrieben ist, ist das Zahnrad
passend derart vorgesehen, daß es
sich in eine axiale Richtung längs
der Längswelle
bewegen kann. Das Zahnrad wird auf ein Teil gedrückt, welches passend an der
Lenkwelle angeordnet ist, und zwar über eine Mehrzahl von Reibungsplatten
durch eine axiale Kraft, welche von der axialen Verformung einer
Feder herrührt.
Bei diesem Anwendungsfall wird der Drehmomentgrenzwert nach Maßgabe der
Axialkraft eingestellt. Diese Vorrichtung ist auch mit einer Einrichtung
versehen, welche ermöglicht,
daß der
Drehmomentgrenzwert dadurch eingestellt werden kann, daß die axiale
Verformung der Feder verändert
wird.
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Bei
einer Einrichtung, welche das Zahnrad auf ein passend auf der Lenkwelle
vorgesehenes Teil über
eine Mehrzahl von Reibungsplatten durch die axiale Kraft drückt, welche
von der axialen Verformung der Feder abgeleitet wird, ist eine große Anzahl von
einzelnen Bauteilen erforderlich, und man muß auch eine größere Anzahl
von Mannstunden und Maschinenstunden für die vollständige Herstellung
in Kauf nehmen. Der Drehmomentgrenzwert ändert sich auch durch die kumulative
Wirkung von Toleranzen bei den Axialabmessungen der Reibungsplatten und
des Zahnrads. Unter diesen Umständen
ist es schwierig sicherzustellen, daß der Drehmomentgrenzwert genau
innerhalb des vorbestimmten Vorgabebereiches eingestellt ist. Ferner
ist wiederum eine Einrichtung zur Einstellung des Drehmomentgrenzwertes
erforderlich, wodurch man wiederum eine größere Anzahl von Bauteilen erhält, wodurch die
Vorrichtung hinsichtlich der Auslegung verkompliziert wird. Auch
wenn das Zahnrad ein Schneckenrad oder dergleichen ist, und eine
Drehkraft in Uhrzeigerrichtung durch das Zahnrad übertragen
wird, wirkt eine axiale Kraft in einer Richtung an dem Zahnrad, und
wenn die Drehkraft in Gegenuhrzeigerrichtung durch das Zahnrad übertragen
wird, wirkt eine axiale Kraft auf das Zahnrad in der anderen Richtung.
Wenn daher die Drehkraft in Uhrzeigerrichtung übertragen wird, bewegt sich
das Zahnrad dadurch, daß die Feder
in Axialrichtung verformt wird. Wenn jedoch die Drehkraft in Gegenuhrzeigerrichtung übertragen wird,
kommt das Zahnrad in Kontakt mit dem passend an der Lenkwelle vorgesehenen
Teil, so daß sich
das Zahnrad bewegen kann. Daher unterscheidet sich der Drehmomentgrenzwert
bei einer Drehbewegung der Lenkwelle in Uhrzeigerrichtung von dem Drehmomentgrenzwert
bei einer Drehbewegung der Lenkwelle in Gegenuhrzeigerrichtung.
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Die
Erfindung zielt darauf ab, eine motorbetriebene Servolenkvorrichtung
bereitzustellen, bei der die vorstehend genannten Schwierigkeiten überwunden
sind.
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Nach
der Erfindung wird eine motorbetriebene Servolenkvorrichtung nach
Anspruch 1 bereitgestellt.
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Nach
der Erfindung wird bewirkt, daß eine
in Durchmesserrichtung gerichtete Kraft entsprechend der Durchmesserverformung
des Drehmomenteinstellteils auf die Lenkwelle und das Zahnrad einwirkt, und
daß ein
Reibungswiderstand zwischen dem Drehmomenteinstellteil und der Lenkwelle
und ein Reibungswiderstand zwischen dem Drehmomenteinstellteil und
dem Zahnrad erzeugt wird. Der kleinere der beiden Widerstandswerte
wird als erster Widerstandswert betrachtet. Der zweite Reibungswiderstand
wird zwischen der Lenkwelle und dem Zahnrad dadurch erzeugt, daß die Lenkwelle
in das Zahnrad gedrückt
wird. Der erste Reibungswiderstand entspricht der Durchmesserverformung
des Drehmomenteinstellteils. Der zweite Reibungswiderstand entspricht
der Preßsitzpassungskraft,
unter der die Lenkwelle in dem Zahnrad, angeordnet ist. Die Gesamtheit
aus ersten und zweiten Reibungswiderständen dient zur Übertragung
des Drehmoments zwischen der Lenkwelle und dem Zahnrad. Der Drehmomentgrenzwert
wird nach Maßgabe
der Summe aus den ersten und zweiten Reibungswiderständen bestimmt.
In anderen Worten ausgedrückt
be deutet dies, daß dann,
wenn die Drehmomentübertragung zwischen
der Lenkwelle und dem Zahnrad den Drehmomentgrenzwert überschreitet,
ein relativer Schlupf entweder zwischen dem Drehmomenteinstellteil
und dem Zahnrad oder zwischen dem Drehmomenteinstellteil und der
Lenkwelle auftritt, und zwar nach Maßgabe der Tatsache, welcher
der beiden Reibungswiderstände
der kleinste ist. Ein relativer Schlupf tritt auch zwischen der
Lenkwelle und dem Zahnrad auf. Die se doppelten Schlupfverhältnisse führen zu
einer relativen Verdrehung zwischen der Lenkwelle und dem Zahnrad,
d. h. der Drehmomentbegrenzer arbeitet effektiv.
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Bei
der motorbetriebenen Servolenkvorrichtung nach der Erfindung ist
der Drehmomentbegrenzer passend zwischen der Lenkwelle und dem Zahnrad
angeordnet. Selbst wenn daher die Drehbewegung der Ausgangswelle
des Motors oder des Zahnrads gesperrt ist, kann der Drehmomentbegrenzer fortgesetzt
arbeiten, und es wird ermöglicht,
daß das Lenkrad
auch noch weiter in Betrieb bleiben kann. Der Drehmomentbegrenzungswert
kann unter Berücksichtigung
des Verzögerungsverhältnisses
der Drehkraft des Motors im Zahnrad eingestellt werden. Hierdurch
wird ermöglicht,
daß sich
der Drehmomentgrenzwert genau innerhalb des vorbestimmten Einstellbereiches
einstellen läßt. Ferner
ist es auch nicht mehr erforderlich, den Drehmomentgrenzwert wie
bei dem Fall einzustellen, daß ein
Drehmomentbegrenzer im Motor vorgesehen ist. Selbst wenn die jeweiligen
Fahrzeuge unterschiedliche Verzögerungsverhältnisse
hinsichtlich der Drehkraft des Motors im Zahnrad haben, braucht
dennoch nicht der Drehmomentgrenzwert auf verschiedene Werte bei den
jeweiligen Fahrzeugtypen eingestellt bzw. abgestimmt zu werden.
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Selbst
wenn hierbei das Zahnrad ein Schneckenrad, ein Schraubenrad oder
dergleichen ist, welches bei der Übertragung der Drehkraft einer
axialen Kraft ausgesetzt ist, kann man verhindern, daß der Drehmomentgrenzwert
bei dem Fall, bei dem die Lenkwelle sich in Uhrzeigerrichtung dreht
und dem Drehmomentgrenzwert für
den Fall, bei dem sich die Lenkwelle in Gegenuhrzeigerrichtung dreht,
unterschiedlich zueinander sind.
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Das
einzige zusätzliche
Bauteil, welches man für
die Auslegung des Drehmomentbegrenzers für die Lenkwelle und das Zahnrad
benötigt,
ist das Drehmomenteinstellteil. Hierdurch wird eine Herabsetzung
der Anzahl von Baukomponenten erreicht, und bei der Fertigung lassen
sich die Mannstunden und Maschinenstunden ebenfalls reduzieren.
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Bei
der motorbetriebenen Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
läßt sich
der Drehmomentgrenzwert nach Maßgabe
der Gesamtheit aus dem ersten Reibungswiderstand, welcher der Durchmesserverformung
des Drehmomenteinstellteils zugeordnet ist, und dem zweiten Reibungswiderstand,
welcher der Preßsitzpassungskraft
zugeordnet ist, mit der die Lenkwelle in dem Zahnrad angeordnet
ist, einstellen. In diesem Fall kann das Drehmomenteinstellteil
kleiner als bei dem Fall ausgelegt werden, bei dem der Drehmomentgrenzwert nur
durch die Bezugnahme auf den Wert des ersten Reibungswiderstandes
eingestellt wird. Daher läßt sich
die Gesamtvorrichtung kompakter auslegen. Wiederum kann auch bei
diesem Fall die Preßsitzpassungskraft
grober als bei dem Fall eingestellt werden, bei dem der Drehmomentgrenzwert
nur durch die Bezugnahme auf. die Preßsitzpassungskraft eingestellt
wird. Daher braucht man den Außenumfang der
Lenkwelle und den Innenumfang des Zahnrads nicht als Preßsitz mit äußerst genauer
Genauigkeit zu bearbeiten.
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Daher
läßt sich
der Drehmomentgrenzwert ohne Schwierigkeiten auf einen Wert innerhalb
des vorbestimmten Einstellbereiches einstellen.
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Bei
der motorbetriebenen Servolenkvorrichtung gemäß der Erfindung ist es erwünscht, daß der erste
Reibungswiderstand größer als
der zweite Reibungswiderstand ist. Hierdurch wird ermöglicht,
daß die
Preßsitzpassungskraft
grober vorgegeben wird, wodurch es wiederum erleichtert wird, daß der Drehmomentgrenzwert
sich auf einen Wert innerhalb des vorbestimmten Einstellbereichs
einstellen läßt.
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Es
ist erwünscht,
daß die
motorbetriebene Servolenkvorrichtung eine Einrichtung zum Begrenzen
einer Axialbewegung des Zahnrads bezüglich der Lenkwelle für den Fall
aufweist, daß das
Zahnrad einer Axialkraft ausgesetzt ist, wenn das Zahnrad die Drehkraft überträgt.
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Diese
Auslegung ermöglicht,
daß die
Axialbewegung des Zahnrads gegenüber
dem durch den Drehmomentbegrenzer einwirkenden Reibungswiderstand
verhindert wird, so daß eine
Verlagerung des Zahnrads ausgehend von seiner Einstellposition verhindert
werden kann. Hierdurch wird verhindert, daß sich irgendwelche Spielverhältnisse
und die Eingriffsverhältnisse
zwischen diesen und anderen Zahnrädern ändern, wodurch sichergestellt
wird, daß keine
Veränderung
beim Lenkgefühl
auftritt. Wiederum ermöglicht
die Begrenzungseinrichtung, daß die genaue
Position des Zahnrads bezüglich
der Lenkwelle bestimmt werden kann, wenn das Zahnrad passend um
die Lenkwelle unter Zwischenlage des Drehmomenteinstellteils angeordnet
ist. Hierdurch wird ermöglicht,
daß man
den erforderlichen Genauigkeitsgrad auf einfache Weise bei der Montage
erreichen kann.
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Es
ist erwünscht,
daß eine
Einrichtung zum Begrenzen einer Bewegung des Zahnrads bezüglich der
Lenkwelle in Durchmesserrichtung außerhalb der beiden axialen
Enden des Drehmomenteinstellteils vorgesehen ist. Diese Auslegung
ermöglicht,
daß ein Bewegung
in Durchmesserrichtung entgegen der durch das Drehmomenteinstellteil
erzeugten und in Durchmesserrichtung gerichteten Kraft des Zahnrads bezüglich der
Lenkwelle an den Außenseiten
der beiden axialen Enden des Drehmomenteinstellteils verhindert
wird. Hierdurch wird ermöglicht,
daß die
axiale Ausrichtung des Zahnrads gegenüber der axialen Ausrichtung
der Lenkwelle unversetzt bleibt. Hierdurch wird wiederum verhindert,
daß keine
Veränderungen
bei den Spielverhältnissen
und den Eingriffszuständen
zwischen diesen Zahnrädern
und anderen Zahnrädern
auftreten, wodurch sichergestellt wird, daß sich das Lenkgefühl nicht
verändert.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Schnittansicht einer Ausführungsform
einer motorbetriebenen Servolenkvorrichtung, welche keinen Teil
der der Erfindung bildet,
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2 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie 11-11 in 1;
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3 ist
eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung einer Drehmomentsensorschaltung
für Ausführungsformen
der motorbetriebenen Servolenkvorrichtung,
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4 ist
eine Schnittansicht eines, Kernteils der Ausführungsform der motorbetriebenen
Servolenkvorrichtung,
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5(1) ist eine Schnittansicht des Drehmomenteinstellteils
des Drehmomentbegrenzers,
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5(2) ist eine Vorderansicht des Drehmomenteinstellteils,
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6 ist
eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Durchmesserverformung
und der in Durchmesserrichtung gerichteten Kraft des Drehmomenteinstellteils,
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7 ist
eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer motorbetriebenen
Servolenkvorrichtung nach der Erfindung, und
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8 ist
eine Schnittansicht eines Kernteils der bevorzugten Ausführungsform
der motorbetriebenen Servolenkvorrichtung nach der Erfindung.
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Nachstehend
erfolgt eine detaillierte Beschreibung einer nicht zur Erfindung
gehörenden Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die 1 bis 6.
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Die
motorbetriebene Servolenkvorrichtung 1 nach 1 überträgt ein Lenkmoment,
welches durch Verdrehen des Lenkrades 2 erzeugt wird, und zwar über eine
Lenkwelle 3 auf ein Ritzel 4. Die Übertragung
des Lenkmoments bewirkt eine Bewegung einer Zahnstange 5,
welche in Kämmeingriff
mit dem Ritzel 4 ist. Hierdurch wird der Lenkwinkel der
Straßenräder 6 verändert, welche
mit der Zahnstange 5 über
Lenkspurstangen, Spurstangenhebel und dergleichen (in der Zeichnung
weggelassen) verbunden sind.
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Um
eine Lenkhilfskraft nach Maßgabe
des durch die Lenkwelle 3 übertragenen Lenkmoments bereitzustellen,
sind ein Drehmomentsensor 7, welcher das Lenkmoment erfaßt, sowie
ein Lenkhilfsmotor 8, welcher nach Maßgabe des detektierten Lenkmoments
angetrieben wird, eine Schnecke 9 und ein Schneckenrad 10 vorgesehen,
deren Aufgabe es ist, eine Drehkraft des Motors 8 auf die
Lenkwelle 3 zu übertragen.
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Das
Schneckenrad 10 hat ein gezahntes Teil 10a am
Außenumfang
und eine Hülse 10b auf
der Innenumfangsseite, welche mit dem gezahnten Teil 10a einheitlich
verbunden ist. Das gezahnte Teil 10a ist aus einem synthetischen
Kunststoffmaterial hergestellt und hat auf dem Außenumfang
Zähne.
Die Hülse 10b ist
aus Metall hergestellt. Um zu verhindern, daß der Mittelpunkt des Teilungskreises
der Zähne
des gezahnten Teils 10a und der Mittelpunkt der Hülse 10b nicht
ausgerichtet sind, ist es erwünscht,
daß die
Zähne auf
dem Außenumfang
des gezahnten Teils 10a gefertigt werden, nachdem der gezahnte
Teil 10a mit der Hülse 10b vereinheitlicht worden
ist.
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Der
Drehmomentsensor 7 hat ein Gehäuse 21, welches die
vorstehend beschriebene Lenkwelle 3 abdeckt. Das Gehäuse 21 wird
durch Verbinden von zwei einzelnen Teilen 21a, 21b gebildet.
Im Innern des Gehäuses 21 ist
die Lenkwelle 3 in einen ersten Wellenabschnitt 3a,
welcher mit dem Lenkrad 2 verbunden ist, einen zylindrischen,
zweiten Wellenabschnitt 3b, welcher mittels eines Bolzens 22 mit dem
ersten Wellenabschnitt 3a verbunden ist, und einen zylindrischen,
dritten Wellenabschnitt 3c unterteilt, welcher mit dem
zweiten Wellenabschnitt 3b über eine Fuchse 25 verbunden
ist, welche passend um den Außenumfang
des zweiten Wellenabschnitts 3b derart vorgesehen ist,
daß sie
sich relativ zu dem zweiten Wellenabschnitt 3b drehen kann.
Ein Torsionsglied 23 geht passend durch den Mittelbereich der
drei Wellenabschnitte 3a, 3b, 3c als
ein elastisches Verbindungsteil. Das Torsionsglied 23 ist
an einem Ende mittels des vorstehend angegebenen Bolzens 22 mit
den ersten und zweiten Wellenabschnitten 3a, 3b und
am anderen Ende über
einen Bolzen 24 mit dem dritten Wellenabschnitt 3c.
verbunden. Diese Auslegung gestattet, daß die zweiten und dritten Wellenabschnitte 3b, 3c sich
elastisch relativ zueinander nach Maßgabe des Lenkmoments verdrehen
können.
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Wie
in 2 gezeigt ist, sind Teile des Außenumfangs
des zweiten Wellenabschnitts 3b und Teile des Innenumfangs
des dritten Wellenabschnitts 3c mit wechselweise gegenüberliegenden
nichtkreisförmigen
Querschnitten 3b', 3c' ver sehen. Wenn
sie in Kontakt miteinander kommen, haben die nichtkreisförmigen Abschnitte 3b' des zweiten
Wellenabschnitts 3b und die nichtkreisförmigen Abschnitte 3c' des dritten
Wellenabschnitts 3c die Wirkung, die relative Verdrehung
der beiden Wellenabschnitte 3b, 3c innerhalb eines
fest vorgegebenen Bereichs zu begrenzen. Die Begrenzung der relativen
Verdrehung auf diese Weise hat den Effekt, daß verhindert wird, daß das Torsionsglied 23 dadurch
beschädigt
wird, daß ein
zu großes
Drehmoment zur Einwirkung auf die Lenkwelle 3 gebracht
wird.
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Der
zweite Wellenabschnitt 2b ist über eine Buchse 31 durch
die Längsseite 30 abgestützt, welche
in das Gehäuse 21 gedrückt ist.
Der dritte Wellenabschnitt 3c ist in dem Gehäuse 21 unter
Zwischenschaltung von zwei Lagern 26, 27 gelagert. Das
Schneckenrad 10 ist passend um den Außenumfang des dritten Wellenabschnitts 3c unter
Zwischenschaltung eines Drehmomentbegrenzers 11 angeordnet,
was nachstehend noch näher
erläutert
wird. Die vorstehend angegebene Schnecke 9, welche in Kämmeingriff
mit dem Schneckenrad 10 ist, ist passend mit der Ausgangswelle
des vorstehend angegebenen Motors 8 verbunden. Der Motor 8 ist
fest mit dem Gehäuse 21 verbunden.
Das Gehäuse 21 ist über Träger 28 fest
mit der Karosserie des Fahrzeugs verbunden.
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Der
Drehmomentsensor 7 hat eine erste Detektionsspule 33 und
eine zweite Detektionsspule 34, welche jeweils im Gehäuse 21 gelagert
sind. Femer ist ein erster magnetischer Detektionsring 36 vorgesehen,
welcher passend in dem Außenumfang
des zweiten Wellenabschnittes 3b angebracht und mittels eines
Bolzens 35 fest mit dem zweiten Wellenabschnitt 3b verbunden
ist. Ferner ist ein zweiter magnetischer Detektionsring 37 vorgesehen,
welcher auf dem Außenumfang
des dritten Wellenabschnitts 3c aufgeschoben ist. Die ersten
und die zweiten Detektionsringe 36, 37 sind derart
angeordnet, daß eine Endfläche des
ersten Detektionsrings 36 und eine Endfläche des
zweiten Detektionsrings 37 einander gegenüberliegen.
Eine Mehrzahl von Zähnen 36a, 37a ist
um die Außenumfänge der
gegenüberliegenden
Endflächen
der beiden Detektionsringe 35, 37 vorgesehen.
Beim ersten Detektionsring 36 hat der Außenumfang
in der Nähe
der anderen Endfläche
ein durchmesserkleineres Teil 36b, dessen Durchmesser kleiner
als der Durchmesser des Außenumfangs in
der Nähe
der anderen Endfläche
ist. Die erste Detektionsspule 33 umgibt den Spalt zwischen
den gegenüberliegenden
Endflächen
der ersten und zweiten Detektionsringe 36, 37.
Die zweite Detektionsspule 34 umgibt den ersten Detektionsring 36.
Jede der beiden Detektionsspulen 33, 34 ist über Leitungen
mit einer gedruckten Schaltungsplatte 41 verbunden, welche
am Gehäuse 21 angebracht
ist.
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Die
gedruckte Schaltungsplatte 41 enthält die Signalverarbeitungsschaltung
nach 3. Genauer gesagt ist die erste Detektionsspule 33 mit
einem Oszillator 46 über
einen Widerstand 45 verbunden. Die zweite Detektionsspule 34 ist
ebenfalls mit dem Oszillator 46 über einen Widerstand 47 verbunden.
Jede der ersten und zweiten Detektionsspulen 33, 34 ist
mit einem Differentialverstärker 46 verbunden.
Durch diese Auslegung wird sichergestellt, daß dann, wenn das Torsionsglied 23 in
Abhängigkeit
von der Übertragung
des Drehmoments eine Torsionsbewegung ausführt, die ersten und zweiten
Detektionsringe 36, 37 sich relativ zueinander
drehen. Diese relative Drehbewegung bewirkt, daß die gegenüberliegenden Bereiche der Zähne 36a, 37a an
den ersten und den zweiten Detektionsringen 36, 37 sich
in Relation zur Axialrichtung ändern.
Diese Änderung
bewirkt eine Änderung
der magnetischen Reluktanz im Spalt zwischen den gegenüberliegenden
Zähnen 36a, 37a im
Hinblick auf den magnetischen Fluß der ersten Detektionsspule 33.
Der Ausgang der ersten Detektionsspule 33 ändert sich
proportional mit der Änderung
der magnetischen Reluktanz. Das übertragene
Drehmoment wird über
diesen Ausgang erfaßt. Die
zweite Detektionsspule 34 ist derart angeordnet, daß sie dem
durchmesserkleineren Teil 36b des ersten Detektionsrings 36 zugewandt
liegt. Der Durchmesser des durchmesserkleineren Teils 36b ist
derart bestimmt, daß dann,
wenn kein Lenkmoment vorhanden ist, die magnetische Reluktanz bezüglich des magnetischen
Flusses der zweiten Detektionsspule 34 und die magnetische
Reluktanz bezüglich
des magnetischen Flusses der ersten Detektionsspule 33 gleich
sind. Hierdurch werden Schwankungen bei dem Ausgang der ersten Detektionsspule 33 infolge von
Temperaturänderungen
gegen Schwankungen des Ausgangs der zweiten Detektionsspule 34 infolge
von Temperaturänderungen
abgeglichen, so daß die
Schwankungen am Ausgang der ersten Detektionsspule 33 durch
den Differentialverstärker 48 aufgehoben
werden. In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß die Schwankungen
infolge der Temperatur bei dem Detektionswert des zu übertragenden
Drehmoments kompensiert werden. Der vorstehend angegebene Motor 8 wird
in Abhängigkeit von
Signalen nach Maßgabe
des übertragenen
Drehmomentausgangs durch den Differentialverstärker 48 angetrieben.
Der Ausgang des Motors 8 legt eine Lenkhilfskraft an die
Lenkwelle 3 über
die vorstehend beschriebene Schnecke 9 und das Schneckenrad 10 an.
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Wie
in 4 gezeigt ist, weist der vorstehend angegebene
Drehmomentbegrenzer 11 ein Drehmomenteinstellteil 51 auf.
Das Drehmomenteinstellteil 51 ist passend zwischen dem
Außenumfang des
dritten Wellenabschnitts 3c der Lenkwelle 3 und dem
Innenumfang des Schneckenrads 10 derart angeordnet, daß er einer
Verformung in Durchmesserrichtung oder einer Durchmesserverformung
ausgesetzt ist. Wie in den 5(1) und 5(2) gezeigt ist, weist das Drehmomenteinstellteil 51 einen
Metallring 51b mit einem Spalt bzw. einer Öffnung 51a auf. Der
Ring 51b hat eine Mehrzahl von halbzylindrischen Vorsprüngen 51c.
Die Vorsprünge 51c sind
in regelmäßigen Abständen um
den Umfang des Rings 51b derart angeordnet, daß sie in
Durchmesserrichtung von dem Umfang des Rings 51b in Richtung nach
außen
vorstehen. Das Drehmomenteinstellteil 51 bewirkt, daß eine in
Durchmesserrichtung gerichtete Kraft entsprechend der Durchmesserverformung der
jeweiligen Vorsprünge 51c auf
die Lenkwelle 3 und das Schneckenrad 10 einwirkt.
Ein Toleranzring (ein Ring des Typs SV, hergestellt von Rencol Tolerance
Rings Co.) kann beispielsweise als Drehmomentbegrenzungsteil 51 eingesetzt
werden. 6 zeigt in einer graphischen
Darstellung den Zusammenhang zwischen der Durchmesserverformung
des Drehmomenteinstellteils 51 und der in Durchmesserrichtung
gerichteten Kraft, die durch das Drehmomenteinstellteil 51 verursacht
wird. Wenn die Durchmesserverformung kleiner als ein spezifischer
Wert δa
ist, nimmt die in Durchmesserrichtung gerichtete Kraft im Ver hältnis zu
der Durchmesserverformung zu. Wenn die Durchmesseverformung den
spezifischen Wert überschreitet,
d. h. in einem Bereich A in 6, wird
das Zunahmeverhältnis
der in Durchmesserrichtung gerichteten Kraft zu der Durchmesserverformung
kleiner als dann, wenn die Durchmesseverformung kleiner als der
spezifische Wert δa
ist. Die Durchmesserverformung des Drehmomenteinstellteils 51 ist
auf einen Wert δb
in dem Bereich A eingestellt, in welchem die Durchmesseverformung
den spezifischen Wert δa überschreitet.
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Das
Schneckenrad 10 ist einer axialen Kraft dann ausgesetzt,
wenn die Drehbewegung der Schnecke 9 auf die Lenkwelle 3 übertragen
wird. Begrenzungsteile sind vorgesehen, um die axiale Bewegung des
Schneckenrads 10 infolge der Axialkraft bezüglich der
Lenkwelle 3 entgegen dem Reibungswiderstand zwischen dem
Schneckenrad 10 und dem Drehmomenteinstellteil 51 zu
begrenzen. Ein Flansch 3d und ein Haltering 52 nach 4 dienen als
derartige Begrenzungsteile. Der Flansch 3d ist als ein
Teil des Außenumfangs
des dritten Wellenabschnitts 3c ausgebildet. Der Haltering 52 ist
passend um den Außenumfang
des dritten Wellenabschnitts 3c angeordnet. Der Flansch 3d und
der Haltering 52 sind in axialer Richtung in einem Abstand
voneinander angeordnet. Es ist erwünscht, daß die Differenz zwischen den
axialen Abmessungen L1 des Schneckenrads 10 und dem Axialspalt
L2 zwischen dem Flansch 3d und dem Haltering 52 so
klein wie möglich
gemacht wird, um nicht die relative Verdrehung von Schneckenrad 10 und
Lenkwelle 3 zu behindern. Der Spalt kann auf eine Größe von beispielsweise zwischen
0 und einigen 10 μm
eingestellt sein.
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Die
in Durchmesserrichtung gerichtete Bewegung des Schneckenrads 10 bezüglich der
Lenkwelle 3 entgegen der in Durchmesserrichtung gerichteten
Kraft durch das Drehmomenteinstellteil 51 wird durch die
Begrenzungsteile an den Außenseiten
der beiden axialen Enden des Drehmomenteinstellteils 51 begrenzt.
Zwei ringförmige
Vorsprünge 3f, 3g sind als
Begrenzungsteile vorgesehen. Die Vorsprünge 3f, 3g sind
als ein Teil des Außenumfangs
des dritten Wellenabschnitts 3c derart ausgebildet, daß ein Zwischenraum
zwischen diesen Vorsprüngen 3f, 3g in axialer
Richtung vorhanden ist. Das Drehmomenteinstellteil 51 ist
in dem Zwischenraum zwischen den beiden Vorsprüngen 3f, 3g angeordnet.
Es ist erwünscht,
daß der
Spalt zwischen dem Außendurchmesser
D1 der beiden Vorsprünge 3f, 3g und
dem Innendurchmesser D2 des Schneckenrads 10 so klein wie
möglich
gemacht wird, um nicht die relative Drehbewegung von Schneckenrad 10 und
der Lenkwelle 3 zu behindern. Der Spalt kann beispielsweise
auf Werte zwischen 0 und einigen 10 μm eingestellt sein. Als eine
alternative Ausführungsform
können
die jeweiligen Begrenzungsteile auf der Seite des Schneckenrads 10 vorgesehen
sein.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Auslegungsform bewirkt eine in Durchmesserrichtung
gerichtete Kraft entsprechend der Durchmesserverformung des Drehmomenteinstellteils 51,
daß diese
auf die Lenkwelle 3 und das Schneckenrad 10 einwirkt. Somit
werden ein Reibungswiderstand zwischen dem Innenumfang des Drehmomenteinstellteils 51 und
dem Außenumfang
der Lenkwelle 3 und ein Reibungswiderstand zwischen dem
Außenumfang
des Drehmomenteinstellteils 51 und dem Innenumfang des
Schneckenrads 10 erzeugt. Diese beiden Reibungswiderstände dienen
zur Drehmomentübertragung
zwischen dem Schneckenrad 10 und der Lenkwelle 3.
Der Drehmomentgrenzwert wird nach Maßgabe des Reibungswiderstandes
bestimmt. Bei der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ist der Reibungswiderstand
zwischen dem Innenumfang des Drehmomenteinstellteils 51 und
dem Außenumfang
der Lenkwelle 3 kleiner als der Reibungswiderstand zwischen
dem Außenumfang
des Drehmomenteinstellteils 51 und dem Innenumfang des Schneckenrads 10.
Wenn der Drehmomentwert an dieser Stelle am Innenumfang des Drehmomenteinstellteils 51 und
dem Außenumfang
der Lenkwelle sich so einstellt, so beginnt ein Schlupfen relativ
zueinander und hierdurch wird der Drehmomentgrenzwert durch den
Drehmomentbegrenzer 11 vorgegeben. Der Drehmomentgrenzwert
läßt sich
durch Versuche ermitteln.
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Wenn
bei der vorstehend beschriebenen Servolenkvorrichtung 1 ein
Drehmoment an der Lenkwelle 3 anliegt, welches größer als
der Drehmomentgrenzwert des Drehmomentbegrenzers 11 ist, und
zwar beispielsweise dadurch, daß die
Straßenräder des
Fahrzeugs über
eine Bordkante fahren, schlupft das Drehmomenteinstellteil 51 relativ
zu der Lenkwelle 3. Diese Schlupferscheinung führt zu einer relativen
Verdrehung zwischen der Lenkwelle 3 und dem Schneckenrad 10.
Hierdurch wird verhindert, daß der
Motor 8 beschädigt
wird.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Servolenkvorrichtung 1 ist
der Drehmomentbegrenzer 11 in passender Weise zwischen
der Lenkwelle 3 und dem Schneckenrad 10 angeordnet.
Selbst wenn daher eine Drehbewegung der Ausgangswelle des Motors 8 gesperrt
wird, kann der Drehmomentbegrenzer 11 weiter arbeiten,
und hierdurch wird bewirkt, daß das Lenkrad 2 weiterhin
wirkungsvoll genutzt werden kann. Wenn in ähnlicher Weise die Drehbewegung des
Schneckenrads 10 infolge einer Beschädigung der Zähne an dem
gezahnten Teil 10a blockiert ist, kann der Drehmomentbegrenzer 11 ebenfalls
weiter arbeiten. Da wiederum der Drehmomentbegrenzungswert bezüglich des
Verzögerungsverhältnisses der
Drehkraft des Motors 8 zwischen dem Schneckenrad 10 und
der Schnecke 9 eingestellt werden kann, kann er präzise auf
einen Wert innerhalb des gewünschten
Wertebereiches eingestellt werden. Es ist nicht erforderlich, den
Drehmomentbegrenzungswert genau wie bei dem Fall einzustellen, bei
dem der Drehmomentbegrenzer in den Motor eingebunden ist. Selbst
wenn unterschiedliche Fahreugrupen unterschiedliche Verzögerungsverhältnisse
hinsichtlich der Drehkraft des Motors 8 haben, so ist es
nicht erforderlich, den Drehmomentbegrenzungswerf auf einen unterschiedlichen
Wert für
den jeweiligen Fahrzeugtypen einzustellen.
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Bei
der vorstehend umrissenen Servolenkvorrichtung 1 kann der
Drehmomentbegrenzungswert nur unter Bezugnahme auf die Durchmesserverformung
des Drehmomenteinstellteils 51 eingestellt werden. Hierdurch
läßt sich
die Anzahl von Baukomponenten reduzieren, und man braucht für die Herstellung
einer solchen Vorrichtung auch weniger Mannstunden/Maschinenstunden.
Hierdurch wird auch ermöglicht,
daß der
Drehmomentgrenzwert sich einfacher auf einen Wert innerhalb des
gewünschten Wertebereichs
als bei dem Fall einstellen läßt, wenn der Drehmomentgrenzwert
nur unter Bezugnahme auf die Preßsitzpassungskraft eingestellt
werden kann, mit der die Lenkwelle in dem Zahnrad angeordnet ist.
Auch ist es möglich,
selbst dann, wenn die Axialkraft auf das Schneckenrad 10 während der Übertragung
der Drehkraft von dem Motor 5 einwirkt, zu verhindern,
daß sich
der Drehmomentgrenzwert dann ändert,
wenn die Lenkwelle 3 eine Drehbewegung in Uhrzeigenichtung
ausführt,
und zwar gegenüber
dem Drehmomentgrenzwert bei dem Fall, wenn die Lenkwelle 3 eine
Drehbewegung in Gegenuhrzeigerrichtung ausführt. Es wird also verhindert,
daß die eingestellten
Drehmomentgrenzwerte unabhängig von
der Drehrichtung der Lenkwelle 3 sind.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Servolenkvorrichtung 1 ist
das Zunahmeverhältnis
von in Durchmesserrichtung gerichteter Kraft und Durchmesserverformung
des Drehmomenteinstellteils 51 kleiner als wenn die in
Durchmesserrichtung gerichtete Kraft im Verhältnis zu der Durchmesserverformung
bzw. proportional hierzu zunimmt. Selbst wenn die Durchmesserverformung
des Drehmomenteinstellteils sieh gegenüber einem Auslegungswert durch
Fertigungstoleranzen bedingt bezüglich
des Außendurchmessers
der Lenkwelle 3 und des Innendurchmessers des Schneckenrades 10 ändert, so kann
es erforderlich sein, die in Durchmesserrichtung gerichtete Kraft,
aufgebracht durch das Drehmomenteinstellteil 52, in Richtung
einer Reduktion zu verhindern. Der Drehmomentgrenzwert, welcher nach
Maßgabe
der in Durchmesserrichtung gerichteten Kraft bestimmt wird, kann
somit genau auf einen Wert innerhalb des gewünschten Einstellbereichs eingestellt
werden. Hierdurch wird eine Drehmomentgrenzwert-Einstelleinrichtung überflüssig; für die Einstellung
des Drehmomentgrenzwertes wird keine Zeit benötigt, und die Gesamtauslegung
der Vorrichtung 1 vereinfacht sich durch die Verminderung
der Anzahl von Baukomponenten.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Servolenkvorrichtung 1 werden
ein Flansch 3d und ein Haltering 52 genutzt, um
die Axialbewegung des Schneckenrads 10 bezüglich der
Lenkwelle 3 dann zu begrenzen, wenn das Schneckenrad 10 einer
Axialkraft während
der Übertragung
der Drehkraft des Motors 8 ausgesetzt ist. Dies verhindert,
daß das
Schneckenrad 10 sich von der Feststellposition wegbewegen kann,
so daß sieh
jegliche Veränderungen
hinsichtlich den Spielverhältnissen
und Eingriffsgraden zwischen dem Schneckenrad 10 und der
Schnecke 9 verhindern lassen. Somit tritt kein sich änderndes Lenkgefühl auf.
Auch wenn das Schneckenrad 10 passend mit der Lenkwelle 3 durch
das Drehmomenteinstellteil 51 verbunden ist, kann der Flansch 3d genutzt
werden, um die axiale Position des Schneckenrads 10 bezüglich der
Lenkwelle 3 zu bestimmen. Hierdurch wird ermöglicht,
daß man
die gewünschte Genauigkeit
auf einfache Weise im Montagezustand einhalten kann.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Servolenkvorrichtung 1 kann
die in Durchmesserrichtung gerichtete Bewegung des Schneckenrads 10 durch die
Vorsprünge 3f, 3g begrenzt
werden. Hierdurch wird verhindert, daß die axiale Ausrichtung des Schneckenrads 10 sich
bezüglich
der axialen Ausrichtung der Lenkwelle 3 verlagert, Somit
lassen sich Veränderungen
von Spielverhältnissen
und Eingriffszuständen
zwischen dem Schneckenrad 10 und der Schnecke 9 verhindern,
wodurch sichergestellt wird, daß sich
keine Veränderung
beim Lenkgefühl
ergibt.
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Bei
der zuvor angegebenen und in 4 gezeigten
Ausführungsform
enthält
die Buchse 10b des Schneckenrads 10 eine Vertiefung 10c,
welche derart beschaffen und ausgelegt ist, daß ein Werkzeug eingesetzt werden
kann. Unter Einsatz des in die Vertiefung 10c eingesetzten
Werkzeuges läßt sich
die Buchse 10b ohne Übertragung
einer Drehbewegung von der Schnecke 9 auf das Schneckenrad 10 verdrehen.
Dieses Verdrehen kann genutzt werden, um den Drehmomentbegrenzungswert
zu bestätigen, bevor
die Buchse 10b integral mit dem gezahnten Teil 10a verbunden
wird. Durch diese zusätzliche
Bestätigung
können
defekte Buchsen bzw. Hülsen 10b eliminiert
werden. Nach dieser Bestätigung
wird die Buchse 10b einteilig mit dem gezahnten Teil 10a zur Bildung
einer einzigen Einheit verbunden, und dann können die Zähne um den Umfang des gezahnten Teils 10a ausgebildet
werden. Hierdurch können
Zeiten vermieden werden, welche zur Her stellung von Zähnen gebraucht
werden, welche man dann allerdings später nicht benötigt.
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Im
nachstehenden Teil wird eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung
unter Bezugnahme auf die 7 und 8 näher erläutert. In diesem
Teil der Beschreibung wird nur näher
auf die Unterschiede gegenüber
der ersten bevorzugten Ausführungsform
eingegangen. Gleiche oder ähnliche
Teile wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform sind mit denselben
Bezugszeichen versehen.
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Die
motorbetriebene Servolenkvorrichtung 1' nach 7 weist
ein treibendes Kegelrad 9' auf,
welches mit der Ausgangswelle 8a des Lenkhilfsmotors verbunden
ist, und sie weist ein getriebenes Kegelrad 10c auf, welches
in Kämmeingriff
mit dem treibenden Kegelrad 9' ist, um nach Maßgabe des
durch die Lenkwelle 3 übertragenen
Lenkmoments eine Lenkhilfskraft bereitzustellen. Die Drehbewegung
des Motors wird auf die Lenkwelle 3 über diese beiden Kegelräder 9', 10' übertragen.
Das durch die Lenkwelle 3 übertragene Lenkmoment kann
mit Hilfe eines Drehmomentsensors 7 auf dieselbe Weise
wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform erfaßt werden.
Der Lenkhilfsmotor wird in Abhängigkeit
von einem Signalausgang für
den Drehmomentsensor 7 nach Maßgabe des übertragenen Drehmoments angetrieben.
Die Lenkhilfskraft wird durch Übertragen der
Drehbewegung des Motors auf die Lenkwelle 3 über das
treibende Kegelrad 9' und
das getriebene Kegelrad 10' bereitgestellt.
Das Gehäuse 21' des Drehmomentsensors 7 ist
als eine einzige Einheit mit dem Zahnstangengehäuse 5' ausgelegt, welches die Zahnstange 5 trägt.
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Die
vorstehend angegebene Motorausgangswelle 8a ist im Zahnstangengehäuse 5' mit Hilfe eines
Lagers 17' gelagert.
Der dritte Wellenabschnitt 3c der Lenkwelle 3 ist
am Gehäuse 21' des Drehmomentsensors 7 und
am Zahnstangengehäuse 5' über drei
Lager 26', 27', 19' gelagert. Ein
Ritzel 4 ist als ein Teil des Außenumfangs des dritten Wellenabschnitts 3c ausgebildet.
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Das
vorstehend angegebene, getriebene Kegelrad 10' ist passend
um den Außenumfang
des dritten Wellenabschnitts 3c unter Zwischenschaltung eines
Drehmomentbegrenzers 11' angeordnet.
Wie in 8 gezeigt ist, weist der Drehmomentbegrenzer 11' ein Drehmomenteinstellteil 51 auf.
Das Drehmomenteinstellteil 51 ist passend zwischen dem
Außenumfang
des dritten Wellenabschnitts 3c und dem Innenumfang des
getriebenen Kegelrads 10c derart angeordnet, daß es einer
Verformung in Durchmesserrichtung oder einer Durchmesserverformung
ausgesetzt ist. Wie bei der vorstehend angegebenen ersten bevorzugten
Ausführungsform
wird ein Toleranzring, welcher einen Ring 51b und Vorsprünge 51c hat,
wie dies in den 5(1) und 5(2) gezeigt ist, als Drehmomenteinstellteil 51 eingesetzt.
Das Drehmomenteinstellteil 51 bewirkt, daß eine in
Durchmesserrichtung gerichtete Kraft entsprechend der Durchmesserverformung
auf die Lenkwelle 3 und das getriebene Kegelrad 10' einwirkt. Bei
dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform
wird der dritte Wellenabschnitt 3c in das getriebene Kegelrad 10' eingepreßt. Der
Preßsitzabschnitt
bildet den Drehmomentbegrenzer 11'.
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Eine
in Durchmesserrichtung gerichtete Kraft entsprechend der Durchmesserverformung
des Drehmomenteinstellteils 51 wirkt auf die Lenkwelle 3 und
das getriebene Kegelrad 10' ein,
und somit werden ein Reibungswiderstand zwischen dem Drehmomenteinstellteil 51 und
der Lenkwelle 3 und ein Reibungswiderstand zwischen dem
Drehmomenteinstellteil 51 und dem getriebenen Kegelrad 10' erzeugt. Der
kleinere dieser beiden Reibungswiderstände wird als erster Reibungswiderstand
angesehen. Wenn die Lenkwelle 3 in das getriebene Kegelrad 10' eingepreßt wird,
wird eine zweite Reibungskraft zwischen der Lenkwelle 3 und
dem getriebenen Kegelrad 10' aufgebaut.
Der erste Reibungswiderstand ist größer als der zweite Reibungswiderstand.
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Das
treibende und das getriebene Kegelrad 9', 10' können entweder als geradlinige
Kegelräder oder
als spiralförmige
Kegelräder
ausgelegt sein. Im Falle von spi ralförmigen Kegelrädern ist
das getriebene Kegelrad 10' einer
Axialkraft ausgesetzt, wenn die Drehbewegung des treibenden Kegelrads 9' auf die Lenkwelle 3 übertragen
wird. Begrenzungsteile sind vorgesehen, um zu erzielen, daß die Axialbewegung
des getriebenen Kegelrads 10' infolge
der Axialkraft bezüglich
der Lenkwelle 3 entgegen der gesamten Größe aus dem
Reibungswiderstand zwischen dem getriebenen Kegelrad 10' und dem Drehmomenteinstellteil 51 und
dem Reibungswiderstand zwischen dem getriebenen Kegelrad 10' und dem dritten
Wellenabschnitt 3c begrenzt wird. Das vorstehend beschriebene
Lager 26'', welche den
dritten Wellenabschnitt 3c im Gehäuse 21' des Drehmomentsensors i lagert,
und eine Mutter 52',
deren Innengewindeabschnitt 52'' in
den Aufnahmegewindeabschnittsbereich 3c'' um
den Außenumfang
des dritten Wellenabschnitts 3c geschraubt ist, dienen
als Begrenzungsteile. Das Lager 26' und die Mutter 52' sind in einem
Abstand voneinander in axialer Richtung angeordnet. Das getriebene
Kegelrad 10' ist zwischen
dem Lager 26' und
der Mutter 52' angeordnet.
Es ist erwünscht,
daß die
Differenz zwischen Axiallänge
L1 des getriebenen Kegelrads 10' und dem axialen Abstand L2 zwischen
dem Lager 26' und
der Mutter 52'' so klein wie
möglich
sind, um eine relative Verdrehung des getriebenen Kegelrads 10' und der Lenkwelle 3 nicht
zu behindern. Der Zwischenraum oder der Spalt kann beispielsweise
auf einen Wert zwischen 0 und einigen 10 μm eingestellt sein. Nach der
Montage wird das schmale Teil 52a' an einem Ende der Mutter 52' umgewürgt. Die
Mutter 52' ist dann
bezüglich
der Lenkwelle 3 festgelegt.
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Das
Drehmomenteinstellteil 51 ist in einer Umfangsausnehmung 3e angeordnet,
welche im Außenumfang
des dritten Wellenabschnittes 3c ausgebildet ist. Die axiale
Länge L3
der Umfangsausnehmung 3e ist kleiner als die axiale Länge L1 des
getriebenen Kegelrads 10'.
Die Umfangsausnehmung 3e ist zwischen den beiden axialen
Enden des getriebenen Kegelrads 10' angeordnet. Der Außenumfang des
dritten Wellenabschnitts 3c ist in das getriebene Kegelrad 10' an den Außenseiten
der beiden axialen Enden des Drehmomenteinstellteils 51 eingepaßt. Der
Außenumfang
des dritten Wellenabschnitts 3c und die Teile 3f, 3g', welche in
das getriebene Kegelrad 10' eingepreßt werden,
dienen als Begrenzungsteile. In anderen Worten bedeutet dies, daß durch
die Segrenzungsteile 3f, 3g' die in Durchmesserrichtung gerichtete
Bewegung entgegen der durch das Drehmomenteinstellteil 51 bewirkten
und in Durchmesserrichtung gerichteten Kraft des getriebenen Kegelrads 10' bezüglich der
Lenkwelle 3 begrenzt wird.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Servolenkvorrichtung 1' dient die Gesamtheit
aus dem ersten Reibungswiderstand, welcher der Durchmesserverformung
des Drehmomenteinstellteils 51 entspricht, und dem zweiten
Reibungswiderstand, welcher der Preßsitzpassungskraft entspricht,
mit der die Lenkwelle 3 in das getriebene Kegelrad 10' eingepreßt ist,
dazu, das Drehmoment zwischen der Lenkwelle 3 und dem getriebenen
Kegelrad 10' zu übertragen.
Der Drehmomentgrenzwert wird nach Maßgabe der Gesamtgröße aus den
ersten und den zweiten Reibungswiderständen bestimmt. Bei der zweiten bevorzugten
Ausführungsform
ist der Reibungswiderstand zwischen dem Drehmomenteinstellteil 51 und
der Lenkwelle 3 kleiner als der Reibungswiderstand zwischen
dem Drehmomenteinstellteil 51 und dem getriebenen Kegelrad 10'. Der Drehmomentwert an
der Stelle, wenn das Drehmomenteinstellteil 51 und die
Lenkwelle 3 relativ zueinander zu schlupfen beginnen und
auch die Lenkwelle 3 und das getriebene Kegelrad 10' relativ zueinander
zu schlupfen beginnen, ist der Drehmomentgrenzwert des Drehmomentbegrenzers 11'. Dieser Drehmomentgrenzwert läßt sich
durch Versuche bestimmen.
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Wenn
bei der vorstehend beschriebenen Servolenkvorrichtung 1' ein Drehmoment
an der Lenkwelle 3 anliegt, welches größer als der Drehmomentgrenzwert
des Drehmomentbegrenzers 11' ist, was
beispielsweise darauf zurückzuführen sein
kann, daß ein
Straßenrad
beim Fahren des Fahrzeugs über eine
Bordkante fährt,
führt das
Drehmomenteinstellteil 51 relativ zu der Lenkwelle 3 eine
Schlupfbewegung aus, und die Lenkwelle 3 führt eine
relative Schlupfbewegung zu dem getriebenen Kegelrad 10' aus. Diese
beiden Schlupferscheinungen ermöglichen
eine relative Drehbewegung zwischen der Lenkwelle 3 und
dem getriebenen Kegelrad 10'.
Hierdurch wird verhindert, daß der
Lenkhilfsmotor beschädigt
wird.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Servolenkvorrichtung 1' ist der Drehmomentbegrenzer 11 passend
zwischen der Lenkwelle 3 und dem getriebenen Kegelrad 10' angeordnet.
Selbst wenn daher eine Drehbewegung der Ausgangswelle 8a des
Motors blockiert ist, kann der Drehmomentbegrenzer 11' seine Funktion
fortsetzen, und es wird ermöglicht, daß das Lenkrad
nach wie vor noch effektiv weiter genutzt werden kann. Wenn in ähnlicher
Weise die Drehbewegung des getriebenen Kegelrads 10' infolge einer
Beschädigung
der Zähne
des getriebenen Kegelrads 10' beispielsweise
gesperrt ist, kann der Drehmomentbegrenzer 11' weiterhin funktionsbereit sein.
Da sich der Drehmomentgrenzwert unabhängig von dem Verzögerungsverhältnis der
Drehkraft des Motors zwischen dem getriebenen Kegelrad 10' und dem treibenden
Kegelrad 9' einstellen
läßt, kann
er genau auf einen Wert innerhalb des gewünschten Einstellbereiches eingestellt
werden. Auch ist es nicht erforderlich, den Drehmomentgrenzwert
so genau einzustellen, wie dies erforderlich ist, wenn der Drehmomentbegrenzer
im Motor eingebunden ist. Selbst wenn unterschiedliche Fahrzeugtypen
und unterschiedliche Verzögerungsverhältnisse
der Drehkraft des Motors vorhanden sind, ist es nicht erforderlich,
den Drehmomentgrenzwert entsprechend dem Fahrzeugtyp auf unterschiedliche
Werfe einzustellen.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Servolenkvorrichtung 1' ist das einzige
Bauteil, welches zur Bildung des Drehmomentbegrenzers 11' erforderlich ist,
ein Drehmomenteinstellteil 51, während die Lenkwelle 3 und
das getriebene Kegelrad 1O' unverändert bleiben. Hierdurch läßt sich
die Anzahl der Bauteile reduzieren und in der Herstellungsstufe
lassen sich auch die Mannstunden/Maschinenstunden reduzieren.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Servolenkvorrichtung 1' kann der Drehmomentgrenzwert nach
Maßgabe
der gesamten Größe aus dem
ersten Reibungswiderstand, welcher der Durchmesserverformung des
Drehmomenteinstellteils 51 entspricht, und dem zweiten
Reibungswiderstand, welcher der Preßsitzpassungs kraft entspricht,
mit der die Lenkwelle 3 in das getriebene Kegelrad 10' eingepreßt ist, einstellen.
In diesem Fall kann das Drehmomenteinstellteil 51 kleiner
als bei dem Fall eingestellt werden, bei dem der Drehmomentgrenzwert
nur bezüglich des
ersten Reibungswiderstandes eingestellt wird. Somit läßt sich
die gesamte Vorrichtung 1' kompakter auslegen.
Auch läßt sich
die Preßsitzpassungskraft grober
als bei dem Fall einstellen, bei dem der Drehmomentgrenzwert nur
unter Bezugnahme auf die Preßsitzpassungskraft
eingestellt wird. Auch ist es nicht erforderlich, den Innenumfang
des getriebenen Kegelrads 10' und
den Außenumfang
der Lenkwelle 3 der Preßpassungsstelle mit äußerst großer Genauigkeit
zu bearbeiten. Unter diesen Umständen
gibt es keine Schwierigkeiten, den Drehmomentgrenzwert auf einen
Wert innerhalb des gewünschten
Bereiches einzustellen. Wenn man den ersten Reibungswiderstand größer als
den zweiten Reibungswiderstand macht, läßt sich die Preßsitzpassungskraft
grober vorgeben. Hierdurch wird es einfacher, den Drehmomentgrenzwert
auf einen Wert innerhalb des gewünschten
Bereiches einzustellen. Der Drehmomentgrenzwert kann auch entsprechend
der Durchmesserverformung des Drehmomenteinstellteils 51 und
der Preßsitzpassungskraft
eingestellt werden, mit der die Lenkwelle 3 in das getriebene
Kegelrad 10' eingepreßt ist.
Daher ist es möglich
zu verhindern, daß der
Drehmomentgrenzwert dann, wenn die Lenkwelle 3 sich in
Uhrzeigerrichtung dreht und der Drehmomentgrenzwert dann, wenn die
Lenkwelle 3 sich in Gegenuhrzeigerrichtung dreht, unterschiedliche
sind. Und zwar trifft dies auch dann zu, wenn eine axiale Kraft
auf das getriebene Kegelrad 10' während der Übertragung der Drehkraft des
Motors wirkt.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Servolenkvorrichtung 1' ist das Zunahmeverhältnis bei
der in Durchmesserrichtung gerichteten Kraft zu der Durchmesserverformung
des Drehmomenteinstellteils 51 wie bei der ersten bevorzugten
Ausführungsform
kleiner als bei dem Fall, wenn die in Durchmesserrichtung gerichtete
Kraft proportional zu der Durchmesserverformung größer wird.
Selbst wenn daher die Durchmesserverformung des Drehmomenteinstellteils
sich gegenüber
dem Auslegungswert durch Fertigungstoleranzen hinsichtlich des Außendurchmessers der
Lenkwelle 3 und des Innendurchmessers des getriebenen Kegelrads 10' ändert, läßt sich
die Änderung
der in Durchmesserrichtung gerichteten Kraft durch das Drehmomenteinstellteil 51 reduzieren.
Der Drehmomentgrenzwert, welcher nach Maßgabe der in Durchmesserrichtung
gerichteten Kraft und nach Maßgabe
der Preßsitzpassungskraft
bestimmt wird, mit der die Lenkwelle 3 in das getriebene
Kegelrad 10' eingepreßt ist,
läßt sich
somit genau auf einen Wert innerhalb des gewünschten Einstellbereiches einstellen.
Hierdurch wird es überflüssig, daß man eine
Einstelleinrichtung für
den Drehmomentbegrenzungswert vorsieht. Auch können die hierfür erforderlichen
Einstellzeiten eingespart werden. Ferner vereinfacht sich die Gesamtauslegung
der Vorrichtung 1' durch
die Reduzierung der Anzahl von Baukomponenten.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Bervolenkvorrichtung 1' werden das
Lager 26' und
die Mutter 52' genutzt,
um die Axialbewegung des getriebenen Kegelrads 10' bezüglich der
Lenkwelle 3 zu begrenzen, wenn das getriebene Kegelrad 10' während der Übertragung
der Drehkraft des Motors einer Axialkraft ausgesetzt ist. Hierdurch
wird verhindert, daß das
getriebene Kegelrad 10' sich
gegenüber
der eingestellten Position bewegt, so daß sich Änderungen bei den Spielverhältnissen
und den Eingriffsverhältnissen
zwischen dem getriebenen Kegelrad 10' und dem treibenden Kegelrad 9' verhindern
lassen. Somit ändert
sich auch nicht das Lenkgefühl.
Wenn das getriebene Kegelrad 10' passend mit der Lenkwelle 3 unter
Zwischenschaltung des Drehmomenteinstellteils 51 verbunden
ist, kann das Lager 26' genutzt werden,
um die axiale Position des getriebenen Kegelrads 10' bezüglich der
Lenkwelle 3 zu bestimmen. Somit läßt sich auf einfache Weise
bei der Montage der erforderliche Präzisionsgrad einhalten.
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Bei
der Servolenkvorrichtung 1' gemäß der voranstehenden
Beschreibung ist die in Durchmesserrichtung gerichtete Bewegung
des getriebenen Kegelrads 10' durch
die Begrenzungsteile 3f, 3g' begrenzt. Hierdurch wird verhindert,
daß eine
axiale Ausrichtung des getriebenen Kegelrads 10' bezüglich der
axialen Ausrichtung der Lenkwelle 3 sich verlagert. Hierdurch
lassen sich Änderungen
hinsichtlich der Spielverhältnisse
und der Eingriffsverhältnisse zwischen
dem getriebenen Kegelrad 10' und
dem treibenden Kegelrad 9' verhindern,
wodurch sichergestellt wird, daß keine
Veränderung
beim Lenkgefühl
auftritt.
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Bei
der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist der Außenumfang
der Lenkwelle 3 so behandelt, daß die Oberfläche gehärtet ist, welche
in Kontakt mit dem Drehmomenteinstellteil 51 kommt, so
daß dieses
härter
als das Drehmomenteinstellteil 51 ist. Hierdurch lassen
sich Verschleißerscheinungen
verhindern, wenn die Lenkwelle 3 in einem Schlupfzustand
relativ zu dem Drehmomenteinstellteil 51 ist. Fett wird
in den Zwischenraum zwischen dem Außenumfang der Lenkwelle 3 und
dem Innenumfang des Drehmomenteinstellteils 51 vorgesehen,
um während
der relativen Verdrehung einen Verschleiß der Lenkwelle 3 zu
verhindern. Die Auswirkungen hinsichtlich einer Änderung bei dem Reibungswiderstand
bedingt durch den Einsatz von Fett sind wesentlich kleiner als die
in Durchmesserrichtung gerichtete Kraft, die durch das Drehmomenteinstellteil 51 aufgebracht
wird, so daß sich
die Auswirkungen vernachlässigen
lassen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die voranstehend beschriebenen Einzelheiten
der bevorzugten Ausführungsform
beschränkt.
Bei der vorstehend genannten bevorzugten Ausführungsform kommt die Erfindung
in Anwendung mit einer motorisch betriebenen Servolenkvorrichtung
der Ritzel- und Zahnstangenbauart. Die Erfindung kann jedoch auch
bei anderen Servolenkvorrichtungen, beispielsweise solchen mit einer
Kugelumlaufspindel, eingesetzt werden. Ferner ist das Zahnrad, welches
passend auf der Lenkwelle angebracht ist, nicht auf die Ausführungsformen
als Schneckenrad oder Kegelrad beschränkt, sondern es kommen auch
andere Bauarten von Zahnrädern
in Betracht. Ferner ist auch das Drehmomenteinstellteil nicht auf
einen Toleranzring beschränkt,
sondern es können
auch andere Einrichtungen eingesetzt werden, welche eine in Durchmesserrichtung
gerichtete Kraft entsprechend der eigenen Durchmesserverformung
auf die Lenkwelle und das Zahnrad zur Einwirkung bringen können.