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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Servolenkvorrichtung mit einem Motor als Energiequelle der
Lenkunterstützungskraft.
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Beschreibung
der verwandten Technik
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Eine Servolenkvorrichtung dient der
Arbeitsentlastung beim Lenken durch Drehen eines Lenkrads und zum
Verleihen eines angenehmen Lenkgefühls, und eine solche Vorrichtung
ist in zahlreichen Fahrzeugen eingebaut. Ferner ist in den vergangenen
Jahren anstelle des herkömmlicherweise
verwendeten hydraulischen Betätigungselements
eine elektrische Servolenkvorrichtung mit einem Elektromotor verwendet
worden, welcher entsprechend der Betätigung des Lenkrads angetrieben
worden ist.
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Solche Servolenkvorrichtungen bieten
den Vorteil, dass sie sich gemäß den Betriebsbedingungen,
wie z. B. HOCH/NIEDIRG bei der Fahrzeuggeschwindigkeit, GROSS/KLEIN
beim Lenkwinkel u. ä., durch
die Steuerung des Motorantriebs zur Lenkunterstützung elastisch der Veränderung
der Eigenschaften der Unterstützungskraft
anpassen; bei der Realisierung einer solchen Steuerung ist jedoch
ein Übertragungssystem
zum Übertragen
der Drehung des zur Lenkunterstützung
vorgesehenen Motors auf den Lenkmechanismus erforderlich.
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Der zur Lenkunterstützung vorgesehene
Motor steht mit dem Lenkrad in Verbindung. Der Motor ist mit dem
mittleren Bereich einer Lenksäule
verbunden, die sich entsprechend der Drehung des Lenkrads dreht,
oder im mittleren Be reich der Lenkwelle vorgesehen, deren beiden
Enden mit Rädern
(generell den rechten und linken Vorderrädern) verbunden sind, und zwar
zum Lenken durch Verschieben in axialer Richtung (z. B. einer Zahnstangenwelle
eines Zahnstangen-Lenkmechanismus). Im ersten Fall muss jedoch die
Drehung des zur Lenkunterstützung vorgesehenen
Motors auf die Lenksäule,
bei der es sich um ein Drehelement handelt, übertragen werden, und obwohl
dies den Vorteil bietet, dass das oben beschriebene Übertragungssystem
auf einfache Weise aus einem normalen Getriebe-Untersetzungsmechanismus
gebildet sein kann, ist der außerhalb
des Wagens befindliche Bereich der Lenksäule klein, so dass es schwierig
ist, eine Einbauposition für
das Übertragungssystem
einschließlich
des Motors festzulegen, und es besteht der Nachteil, dass der Einsatzbereich
begrenzt sein kann.
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Entgegen dem oben Gesagten ist in
letzterem Fall jedoch ein komplizierter Aufbau des Übertragungssystems
zum Umwandeln der Drehung des zur Lenkunterstützung vorgesehenen Motors in
die Verschiebung der Lenkwelle in axialer Richtung vorgesehen, es
besteht große
Freiheit bei der Festlegung von Positionen für das Übertragungssystem einschließlich des
Motors entlang der axialen Länge
der Lenkwelle, die rechts und links im vorderen Teil des Fahrzeugs
angeordnet ist, und es besteht der Vorteil der Verwendbarkeit in
vielen Fahrzeugtypen. Jedoch selbst bei diesem Aufbau ist die Verkleinerung
des Raums zum Anordnen des Übertragungssystems einschließlich des
Motors eine wichtige Aufgabe. Beispielsweise wurde, wie in der japanischen
Offenlegungsschrift Nr. S61-191468 beschrieben, eine Servolenkvorrichtung
vorgeschlagen, die darauf abzielt, den Einbauraum durch Verwendung
eines Kugelspindelmechanismus für
das oben genannte Übertragungssystem
zu verkleinern.
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Bei dieser Servolenkvorrichtung wird
ein Bereich der Lenkwelle als Einschraubelement verwendet, an dessen
Außenperipherie
ein Gewinde für
die Kugelspindel ausgebildet ist, und an der Außenseite des Einschraubelements
sind Mutterelemente angeordnet, die über eine große Anzahl
von Kugeln ver bunden sind, wobei in dem Gehäuse zum Lagern der Lenkwelle
die Bewegung in axialer Richtung eingeschränkt ist und die Drehkraft des
zur Lenkunterstützung
vorgesehenen Motors auf das Mutterelement übertragen wird, so dass entsprechend
der Drehung die Lenkwelle durch den Spindelvorschub der Kugelspindel
in axialer Richtung verschoben wird. Dadurch kann ein Übertragungsmechanismus
realisiert werden, der innerhalb des Gehäuses zu einem großen Untersetzungsverhältnis führt, und
durch Anordnen des miniaturisierten Motors nahe dem Gehäuse der Lenkwelle
können
die oben beschriebenen Anforderungen zum Verkleinern des Einbauraums
erfüllt
werden.
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Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen
Aufbau ist jedoch eine hohe Genauigkeit zum Ausbilden des Kugelspindelgewindes
an der Außenperipherie
der Lenkwelle erforderlich, wofür
viele Bearbeitungsschritte benötigt
werden; ferner ist ein großer
Arbeitsaufwand zum Einstellen der Spindeleingriffe zwischen dem
Einschraubelement mit Kugelspindelgewinde und dem Mutterelement
erforderlich.
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Obwohl die Kugeln in dem Kugelspindelgewinde
des Mutterelements entsprechend dem Spindelvorschub der Kugelspindel
in der Spindelnut rotieren, um die Bewegung der Lenkwelle zu glätten, werden
die Kugeln jedoch gleichzeitig durch ihre Drehbewegung in die Bewegungsrichtung
der Lenkwelle umgeleitet. Um dieses Umleiten zu verhindern, sind Umgehungsmechanismen
zum Zirkulierenlassen der Kugeln an den rechten und linken Enden
in dem Mutterelement vorgesehen, wodurch eine sanfte Rotationsbewegung
der Kugeln unterstützt
wird. Die in dem Mutterelement ausgebildeten Umgehungsmechanismen
sind jedoch außerordentlich
kompliziert und führen
dahingehend zu Problemen, dass aufgrund der großen Anzahl von die Mechanismen
bildenden Bereichen die Anzahl der Montageschritte und die Kosten
erhöht
werden.
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Ferner besteht ein weiteres Problem
darin, dass der oben beschriebene Umgehungsmechanismus und das Kugelspindelgewinde
kein Rückhalteelement aufweisen,
das den Abstand zwischen den Kugeln konstant hält, so dass die Kugeln miteinander kollidieren,
wodurch laute Geräusche
erzeugt werden.
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Die vorliegende Erfindung berücksichtigt
die oben beschriebene Situation. Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, eine Servolenkvorrichtung bereitzustellen, bei der nur
eine geringe Geräuschentwicklung
zu beobachten ist und die unter Verwendung eines Übertragungssystems
mit einem einfachen Aufbau anstelle des Kugelspindelmechanismus
zuverlässig
die Drehung des zur Lenkunterstützung
vorgesehenen Motors in die Bewegung der Lenkwelle in axialer Richtung
umwandeln kann, wodurch es möglich
ist, die Anforderungen hinsichtlich der Verkleinerung des Einbauraums
für das Übertragungssystem einschließlich des
Lenkunterstützungsmotors
und der Vereinfachung der Einstellarbeiten bei der Montage zu erfüllen.
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In EP-A-0244556 ist eine Servolenkvorrichtung
beschrieben, die zur Lenkunterstützung
durch Übertragen
der Drehkraft eines in Abhängigkeit
von der Lenkung einer in einem Gehäuse gelagerten Lenkwelle angetriebenen
Motors und zum Bewegung der Lenkwelle in axialer Richtung vorgesehen
ist, wobei ein Drehzylinder koaxial mit der Lenkwelle in dem Gehäuse gelagert
ist und das Gehäuse
die Bewegung des Drehzylinders in axialer Richtung einschränkt. In
DE-A-40 02 151 ist eine Anordnung mit mehreren Vorschubringen beschrieben,
die eine Neigung mit gleichem Winkel und eine Exzentrizität in gleicher
Distanz zu dem axialen Zentrum der Lenkwellenachse aufweisen, wobei
die Vorschubringe mit gleichmäßiger Anordnung
der exzentrischen Positionen in Umfangsrichtung befestigt sind.
In EP-A-0122596 ist ein Übertragungssystem
beschrieben, das dem in DE-A-40 02 151 im wesentlichen gleich ist
und eine Befestigungsschraube aufweist.
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Zusammenfassender Überblick über die
Erfindung
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Erfindungsgemäß vorgesehen ist eine Servolenkvorrichtung
zur Lenkunterstützung
durch Übertragen
der Drehkraft eines Motors, der in Abhängigkeit von der Lenkung einer
in einem Gehäuse
gelagerten Lenkwelle und Bewegen der Lenkwelle in axialer Richtung
angetrieben wird, mit:
einem in dem Gehäuse gelagerten Drehzylinder, dessen
Bewegung in axialer Richtung begrenzt ist und der sich durch Übertragen
der Bewegung von dem Motor koaxial mit der Lenkwelle dreht;
gekennzeichnet
durch einen in dem Drehzylinder befestigten Vorschubring mit einer
Neigung mit einem vorbestimmten Winkel und einer Exzentrizität mit einer
vorbestimmten Distanz zu dem axialen Zentrum der Lenkwelle, oder
mehrere in dem Drehzylinder befestigte Vorschubringe mit einer Neigung
mit dem gleichen Winkel und einer Exzentrizität mit der gleichen Distanz
zu dem axialen Zentrum der Lenkwelle, der/die in dem Drehzylinder
befestigt ist/sind, und zwar mit gleichmäßiger Anordnung der jeweiligen
exzentrischen Positionen in Umfangsrichtung;
einen säulenförmigen Halter
zum Halten des Vorschubrings in dem Drehzylinder;
wobei der
Halter eine säulenartige
Ausnehmung und ein Loch in einem mittleren Bereich seines unteren Teils
aufweist, durch die die Lenkwelle eingesetzt werden kann, wobei
die säulenartige
Ausnehmung eine Innenumfangsfläche
mit schrägem
oder exzentrischem axialen Zentrum relativ zu der Außenumfangsfläche des
Halters und eine innere Bodenfläche bildet,
die im rechten Winkel zu der Neigungsrichtung der Innenumfangsfläche verläuft, wobei
die Umfangswand über
mindestens die Hälfte
des Umfangs der Innenumfangsfläche
nicht vorhanden ist;
und wobei ein Schraubenloch in radialer
Richtung der Umfangswand in einer Position gegenüber dem fehlenden Bereich der
Umfangswand vorgesehen ist, eine Stellschraube von außerhalb
der Umfangswand durch das Schraubenloch geschraubt ist und die Schraube
zum Einstellen des Kontaktdrucks zwischen dem Vorschubring und der
Lenkwelle in Richtung der Innenseite der Umfangswand verläuft.
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1 zeigt
eine erläuternde
Ansicht mit Darstellung des Prinzips der Umwandlung der Drehung des
erfindungsgemäßen Vorschubrings
in die Bewegung der Lenkwelle in axialer Richtung. Die Lenkwelle 101 ist
derart gelagert, dass nur eine Verschiebung in axialer Richtung
möglich
ist. In den Vorschubring 163 ist eine Lenkwelle 101 durch
den Innenumfangsbereich verlaufend eingesetzt, wobei der Innendurchmesser
größer ist
als der Außendurchmesser
der Lenkwelle 101 und der Vorschubring 163 exzentrisch zu
dem axialen Zentrum der Lenkwelle 101 angeordnet ist, um
mit der Außenumfangsfläche der
Lenkwelle 101 an einer Stelle der Innenumfangsfläche des Vorschubrings 163 in
Kontakt zu kommen. Ferner weist das axiale Zentrum des Vorschubrings 163 eine Neigung
mit einem Winkel θ relativ
zu dem axialen Zentrum der Lenkwelle 101 auf.
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Wenn sich der derart aufgebaute Vorschubring 163 um
das axiale Zentrum der Lenkwelle 101 dreht, beispielsweise
in der von dem weißen
Pfeil angezeigten Richtung um das axiale Zentrum der Lenkwelle 101,
dreht sich der Vorschubring 163 um die Lenkwelle 101,
wobei er an seiner Innenumfangsfläche immer in der gleichen Position
mit der Lenkwelle 101 in Kontakt steht. Da der Vorschubring 163 bestrebt
ist, eine schraubenförmige
Vorschubbewegung in der in dem Winkel θ geneigten Richtung und wie
eine Schraubenmutter in Drehrichtung auszuführen, und die Reibungskraft
in der Neigungsrichtung an der Kontaktstelle wirkt, wird durch die
in axialer Richtung der Lenkwelle 101 wirkende Komponentenkraft
Fsin gleichzeitig die Verschiebung der Lenkwelle 101 in
axialer Richtung bewirkt.
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Daher dreht/drehen sich der einzelne
Vorschubring oder die mehreren Vorschubringe, der/die mit einer
Neigung relativ zu dem axialen Zentrum der Lenkwelle in dem Drehzylinder
angeordnet ist/sind, in Gleitkontakt mit einer einzelnen Stelle
an der Außenumfangsfläche der
Lenkwelle und bewegt/bewegen die Lenkwelle in axialer Richtung,
wobei die Steigung des Neigungswinkels des Vorschubrings als Steigungswinkel
des Vorschubrings betrachtet wird, so dass es möglich ist, die Drehung des
zur Lenkunterstützung
vorgesehenen Motors unter Anwendung eines einfachen Mechanismus
in die Bewegung der Lenkwelle in axialer Richtung umzuwandeln, und
keine weitere Kugel erforderlich ist. Entsprechend erfolgt keine
oben beschriebene Geräuschentwicklung.
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Da das Halteelement den Vorschubring
in einer geneigten oder exzentrischen Position in dem Drehzylinder
hält, ist
es möglich,
den Einbau des Vorschubrings in den Drehzylinder zu vereinfachen.
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Da das vorderste Ende der Stellschraube von
der Innenumfangsfläche
des Halteelements vorsteht, um den Vorschubring in Richtung des
fehlenden Bereichs herauszudrücken,
kann der Gleitkontaktdruck des Vorschubrings mit der Lenkwelle eingestellt
werden.
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Des weiteren ist eine erfindungsgemäße Servolenkvorrichtung
dadurch gekennzeichnet, dass der der Vorschubring mit einem Vorsprungsbereich auf
seiner Innenumfangsfläche
versehen ist und die Lenkwelle eine spiralförmige Nut auf ihrer Außenumfangsfläche aufweist,
so dass der Vorsprungsbereich des Vorschubrings in Gleitkontakt
mit der Nut der Lenkwelle kommt.
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Daher erfolgt aufgrund dieser Anordnung, bei
der der auf der Innenumfangsfläche
vorgesehene Vorsprung des Vorschubrings in Gleitkontakt mit der Nut
steht, in dem Gleitbereich kein Gleiten der Lenkwelle in axialer
Richtung und kann die Drehung des zur Lenkunterstützung vorgesehene
Motors in dem Gleitbereich zuverlässig in die Bewegung der Lenkwelle
in axialer Richtung umgewandelt werden.
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Des weiteren ist eine erfindungsgemäße Servolenkvorrichtung
dadurch gekennzeichnet, dass die Nut der Lenkwelle eine solche Steigung
aufweist, dass der Neigungswinkel des Vorschubrings ein Steigungswinkel
ist.
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Daher gleitet der oben beschriebene
Vorsprung entlang der Neigungsrichtung des oben beschriebenen Vorschubrings
und kann sich störungsfrei
bewegen.
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Des weiteren ist eine erfindungsgemäße Servolenkvorrichtung
dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschubring ein Lager aufweist.
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Daher wird entsprechend der Drehung
des Drehzylinders um seine Welle, wobei der Drehzylinder dem Außenring
des Lagers folgt, welcher im geneigten Zustand gedreht wird, zu
Beginn der Drehung des Innenrings des Lagers, die in eine andere Richtung
als der normalen Drehrichtung des Lagers erfolgt, der Drehstoß durch
die Elastizität
zwischen dem Kugellaufring der Innen- und Außenringe und den Kugeln absorbiert
und kann das Stoßgeräusch reduziert
werden. Ferner kann durch Verwendung des normalerweise benutzten
Lagers der Vorschubring kostengünstig
hergestellt werden.
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Des weiteren ist eine erfindungsgemäße Servolenkvorrichtung
dadurch gekennzeichnet, dass das axiale Zentrum der Ausnehmung in
dem Halter in dem gleichen Winkel geneigt ist wie das des Vorschubrings
und mit der gleichen Distanz wie das des Vorschubrings relativ zu
der Lenkwelle exzentrisch ist.
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Da der Halter den Vorschubring in
einem Neigungswinkel und in einem solchen Abstand hält, dass
der Vorschubring exzentrisch ist, kann der Einbau des Vorschubrings
in den Drehzylinder weiter vereinfacht werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine erläuternde
Ansicht mit Darstellung des Prinzips des Umwandelns der Drehung des
erfindungsgemäßen Vorschubrings
in die Bewegung der Lenkwelle in axiale Richtung;
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2 zeigt
eine Vorderansicht, bei der ein Teil weggebrochen ist, des Aufbaus
des wesentlichen Bereichs der erfindungsgemäßen Servolenkvorrichtung;
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3 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
von 2;
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Lagerhalters;
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5 zeigt
eine Vorderansicht, bei der ein Teil weggebrochen ist, einer weiteren
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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6 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
von 5.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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(Erste Ausführungsform)
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Nachstehend wird die vorliegende
Erfindung anhand der Zeichnung, die eine Ausführungsform zeigt, näher erläutert. 2 zeigt eine Vorderansicht, bei
der ein Teil weggebrochen ist, des Aufbaus des wesentlichen Bereichs
der erfindungsgemäßen Servolenkvorrichtung.
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Bei dieser Servolenkvorrichtung ist
die Lenkwelle 1 (Zahnstangenwelle) frei in axialer Richtung beweglich
in dem zylindrischen Lenkwellengehäuse 2, das von rechts
nach links an dem Fahrzeug angeordnet ist, gelagert. An den Enden
der Lenkwelle 1 und jeweils nach rechts und links von dem
Lenkwellengehäuse 2 vorstehend
sind die nicht gezeigten rechten und linken Räder über jeweilige Zugstangen 10, 10 (wobei
nur eine Seite gezeigt ist) verbunden, wobei die Bewegungen der
Lenkwelle 1 nach rechts und links in dem Lenkwellengehäuse 2 über die
Zugstangen 10, 10 auf die rechten und linken Räder übertagen
und zu Lenkzwecken umgewandelt werden.
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Auf halber Höhe des Lenkwellengehäuses 2 ist
ein Ritzelgehäuse 3 angeordnet,
das das axiale Zentrum kreuzt. In dem Ritzelgehäuse 3 ist eine Ritzelwelle 4 frei
um ihr axiales Zentrum drehbar gelagert. 2 zeigt nur das vorstehende Ende der
Ritzelwelle 4 im oberen Bereich des Ritzelgehäuses 3. Die
Ritzelwelle ist über
das vorstehende Ende mit dem nicht gezeigten Lenkrad verbunden und
dreht sich entsprechend der Betätigung
des Lenkrads zu Lenkzwecken um ihre Achse.
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Im unteren Bereich der in dem Ritzelgehäuse 3 angeordneten
Ritzelwelle 4 ist ein nicht gezeigtes Ritzel einstückig angeformt.
Ferner ist an der Lenkwelle 1, die in dem Lenkwellengehäuse 2 gelagert
ist, über
eine moderate Länge
eine Zahnstange vorgesehen, die den Kreuzungspunkt mit dem Ritzelgehäuse 3 aufweist
und durch die die Drehung der Ritzelwelle 4 in die Bewegung
der Lenkwelle 1 in axialer Richtung umgewandelt wird, und
zwar durch Zusammengreifen des Ritzels und der Zahnstange, wodurch
ein Lenkmechanismus des Zahnstangentyps gebildet wird, mit dem die
mit den rechten und linken Enden der Lenkwelle 1 verbundenen
rechten und linken Räder
entsprechend der Betätigung
des Lenkrads betätigt
werden.
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Die erfindungsgemäße Servolenkvorrichtung unterstützt die
Lenkung, die wie oben beschrieben mittels der Drehkraft eines Elektromotors
durchgeführt
wird. Bei der in 2 gezeigten
Ausführungsform
ist der zur Lenkunterstützung
vorgesehene Motor 5 an der Außenseite des Lenkwellengehäuses 2 befestigt.
Von dem Lenkwellengehäuse 2 steht
ein zylinderförmiges
Motorbasisteil 50 vor, das durch Biegen des Öffnungsbereichs
parallel zu der Lenkwelle 1 ausgebildet ist und in einer
Position verläuft, die
um eine moderate Länge
von derjenigen Position getrennt ist, in der das Ritzelgehäuse 3 vorgesehen ist,
und der zur Lenkunterstützung
vorgesehene Motor 5 ist an diesem Öffnungsbereich des Motorbasisteils 50 befestigt,
wobei die Abtriebswelle des Motors 5 ungefähr parallel
zu dem Lenkwellengehäuse 2 und der
innen liegenden Lenkwelle 1 angeordnet ist.
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In dem Motorbasisteil 50 befindet
sich ein hohler Bereich, der mit dem Inneren des Lenkwellengehäuses 2 in
Verbindung steht, und die Abtriebswelle des Motors 5 verläuft in den
hohlen Bereich. An dem Endbereich der Abtriebswelle ist ein Antriebsritze) 51 angeordnet,
das mit einem Stirnrad 52 zusammengreift, welches frei
drehbar in dem Motorbasisteil 50 gelagert ist.
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Ferner ist in dem Lenkwellengehäuse 2 ein Drehzylinder 6 gelagert,
der mit der Position ausgerichtet ist, in der das Motorbasisteil 50 angeordnet
ist. Der Drehzylinder 6 ist ein zylindrisches Element,
das derart in dem Lenkwellengehäuse 2 gelagert
ist, dass nur ein koaxiales Drehen mit der Lenkwelle möglich ist,
und zwar über
ein 4-Punktberührungs-Kugellager 60,
das einstückig
mit einer Seite des Gehäuses 2 ausgebildet
ist, und die Lenkwelle 1, die durch das Lenkwellengehäuse 2 verläuft, verläuft auch
durch den Drehzylinder 6.
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Außerhalb des Drehzylinders 6,
der auf diese Weise gelagert ist, ist ein Stirnrad 61 einstückig in
der mit dem Motorbasisteil 50 ausgerichteten Position ausgebildet
und kämmt
mit dem Stirnrad 52, das sich von der Seite des Motorbasisteils 50 her
in der gleichen Position befindet. Der oben beschriebene Drehzylinder 6 behält über das
4-Punktberührungs-Kugellager 60 die
eingeschränkte
Position in axialer Richtung bei, und zwar durch Drehung des Motors 5,
die über
das Ritze) 51, das Stirnrad 52 und das Stirnrad 61 übertragen
wird, und dreht sich koaxial mit der Lenkwelle 1 in dem
Lenkwellengehäuse 2.
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3 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
von 2. Auf der anderen
Seite des oben beschriebenen Drehzylinders 6 ist ein zylindrischer
Bereich mit größerem Durchmesser
einstückig
und koaxial angeformt, und in dem innen ausgebildeten hohlen Bereich
sind drei Lagerhalter 62, 62, 62 zum
Halten der drei Kugellager 63a, 63a, 63a vorgesehen,
die als koaxial mit der Lenkwelle 1 angeordnete Vorschubringe fungieren.
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Lagerhalters 62. Der Lagerhalter 62 weist,
wie dargestellt, ein kurzes säulenförmiges Element
mit einer solchen Dicke in diametraler und axialer Richtung auf,
dass eine Lenkwelle 1 in den hohlen Bereich eingesetzt
werden kann. Die säulenförmige Ausnehmung,
mit der das oben beschriebene Kugellager 63a zusammengreifen
kann, ist um einen vorbestimmten Winkel relativ zu dem axialen Zentrum
der Außenumfangsfläche des
Lagerhalters 62 geneigt und weist eine Exzentrizität mit einer
vorbestimmten Distanz in der von einem Ende des oben beschriebenen
Lagerhalters 62 aus rechtwinklig zu der Neigungsrichtung
verlaufenden Richtung auf. Die den oben beschriebenen Ausnehmungsbereich
umgebende Umfangswand des Lagerhalters 62 fehlt über einen
Bereich von 180° in
der oben beschriebenen Exzentrizitätsrichtung der Innenumfangsfläche, und in
die Außenumfangswand
auf der gegenüberliegenden
Seite ist ein Schraubenloch gebohrt. Der vorderste Endbereich der
Stellschraube 62a, die von außen befestigt ist, steht von
der Innenumfangsfläche der
Außenumfangswand
vor, um das in Eingriff befindliche Kugellager 63a in Richtung
des fehlenden Bereichs zu drücken,
um den Druck auf das in Gleitkontakt mit der Lenkwelle 1 stehende
Kugellager 63a einstellbar zu gestalten.
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Ferner wird durch Verwendung der
Neigungswinkel der oben beschriebenen Kugellager 63a, 63a, 63a als
Steigungswinkel eine spiralförmige Nut
mit geeigneter Länge
in axialer Richtung in der Außenumfangsfläche der
Lenkwelle 1 ausgebildet. Durch Zusammengreifen mit einem
Bereich des Vorsprungsbereichs 63b, 63b, 63b,
der auf der Innenumfangsfläche
der Lenkwelle mit der Nut ausgerichtet ist, wird das Gleiten in
axialer Richtung der Lenkwelle 1 verhindert.
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Die Lagerhalter 62, 62, 62,
die die oben beschriebenen Kugellager 63a, 63a, 63a halten,
sind jeweils in den oben beschriebenen Drehzylindern 6 vorgesehen
und jeweils um 120 Grad versetzt, so dass die Gleitkontaktpositionen
der drei Kugellager 63a, 63a, 63a, die
mit der Außenumfangsfläche der Lenkwelle 1 in
Gleitkontakt kommen, an einer Stelle in Umfangsrichtung der Lenkwelle 1 gleichförmig werden.
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Da die Reibungskraft an der Kontaktfläche zwischen
den Vorsprungsbereichen 63b, 63b, 63b der
Kugellager 63a, 63a, 63a und der spiralförmigen Nut
der Lenkwelle 1 sehr groß wird, wird ein Beförderungsfett
(Schmieröl
für die
Rollenförderung)
auf der gesamten Gleitfläche
aufgebracht und das Drehmoment über
den Ölfilm
des Schmieröls
auf der Kontaktfläche übertragen.
Das Beförderungsfett
weist derartige Eigenschaften auf, dass die Viskosität des Ölfilms auf
der Kontaktfläche
entsprechend dem sich vergrößernden
Kontaktdruck größer wird
und sich der Ölfilm
bei dem hohen Kontaktdruck sofort glasartig verfestigt, der Ölfilm nach
Entfernen von der Kontaktfläche
jedoch sofort wieder seine ursprüngliche Fluidität annimmt.
Da die Scherkraft des sich sofort bildenden glasartigen Ölfilms sehr
groß ist,
wird ein Gleiten auf der Kontaktfläche verringert, um die hohe Drehmomentübertragungseffizienz
zu erreichen. Das Fett wird als SUN TRACK (Schmiermittel für Rollenförderung
von Monsanto, USA) vertrieben.
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Bei der oben beschriebenen Servolenkvorrichtung
sind die Außenringe
der Kugellager 63a, 63a, 63a jeweils über die
Lagerhalter 62, 62, 62 an dem Drehzylinder 6 befestigt,
und zwar mit einer Neigung relativ zu dem axialen Zentrum der Lenkwelle 1. Entsprechend
drehen sie sich unter Beibehaltung des Neigungswinkels relativ zu
der Lenkwelle 1 entsprechend der Drehung des Drehzylinders 6.
Da sich die oben beschriebenen Außenringe in einer anderen Richtung
als der normalen Drehrichtung der Kugellager 63a, 63a, 63a drehen,
behalten die Innenringe der Kugellager 63a, 63a, 63a die Übereinstimmung mit
dem Neigungswinkel und der Neigungsrichtung der oben beschriebenen
Außenringe
bei und folgen der Drehung der Außenringe. Die durch den Widerstand
hervorgerufene Belastung, die bei der anfänglichen Bewegung an dem Gleitbereich
auftritt, wird von den Kugeln der Kugellager 63a, 63a, 63a und dem
Kugellaufring aufgrund ihrer Elastizität absorbiert. Gemäß dem in 1 gezeigten Bewegungsprinzip
werden die Gleitbewegungen zwischen einem Bereich des Vorsprungsbereichs 63b, 63b, 63b auf den
Innenumfangsflächen
der Kugellager 63a, 63a, 63a und der
spiralförmigen
Nut auf der Außenum fangsfläche der
Lenkwelle 1 in die Bewegung der Lenkwelle 1 in
axialer Richtung umgewandelt, und es erfolgt ein Lenkvorgang.
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Bei der vorstehenden Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Servolenkvorrichtung
ist der Fall beschrieben worden, in dem die Lenkwelle 1 die Zahnstangenwelle
eines Lenkmechanismus vom Zahnstangentyp ist. Die Lenkwelle 1 kann
eine beliebige Welle zum Bewegen der Räder entsprechend der Verschiebung
in axialer Richtung sein und ist nicht auf die oben beschriebene
Zahnstangenwelle beschränkt.
Beispielsweise gibt es unter den Servolenkvorrichtungen einige,
die Wellen aufweisen, welche ausschließlich für die Lenkunterstützung in
einem von der Zahnstangenwelle getrennten Körper verwendet werden, und
die erstere Welle und die Zahnstangenwelle sind jeweils in einem
Bereich miteinander verbunden, so dass die Drehung des zur Lenkunterstützung vorgesehenen
Motors über
die ausschließlich
zur Lenkunterstützung
vorgesehene Welle auf die Zahnstangenwelle übertragen wird. Eine solche
Welle, die ausschließlich
zur Lenkunterstützung
vorgesehen ist, ist auch in der erfindungsgemäßen Lenkwelle enthalten. Ferner
ist der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung selbstverständlich nicht
auf den oben beschriebenen Lenkmechanismus vom Zahnstangentyp beschränkt, sondern
die Anwendung bei anderen Arten von Lenkmechanismen ist ebenfalls
möglich.
Ferner ist die vorliegende Erfindung auch auf den Fall anwendbar,
in dem keine schraubenförmige
Nut auf der Außenumfangsfläche der
Lenkwelle 1 vorgesehen ist.
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Ferner kann der Aufbau derart gestaltet
sein, dass ein Hydraulikmotor als Motor 5 zur Lenkunterstützung verwendet
werden kann.
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Die Querschnittsform des Vorsprungbereichs 63b des
oben beschriebenen Kugellagers 63a und die Querschnittsform
der spiralförmigen
Nut der oben beschriebenen Lenkwelle 1 können in
Abhängigkeit
von der Größe, Richtung
etc. der auf die Lenkwelle 1 wirkenden Last in unterschiedlicher
Weise gestaltet sein. Beispielsweise ist es durch Verwendung des
Kugelspindelgewindes möglich,
den Einschraubbereich des Kugelspindelmechanismus als Lenkwelle 1 zu verwenden.
Ferner kann durch Verwendung eines quadratischen Gewindes oder eines trapezförmigen.
Gewindes, die leichter herstellbar sind als das Kugelspindelgewinde,
die Anzahl der Bearbeitungsschritte verringert werden.
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Obwohl bei der Ausführungsform
ein Kugellager 63a als Zuführring verwendet wird, können in Abhängigkeit
von der Größe, Art
etc. der auf den Zuführring
aufzubringenden Last andere handelsübliche Lager verwendet werden,
wie z. B. ringförmige Kugellager,
konische Rollenlager u. dgl., ohne dass der Zuführring auf das Kugellager beschränkt ist.
Ferner können
ohne Beschränkung
auf das Kugellager selbstverständlich
die Vorsprünge
auf der Innenumfangsfläche
aufweisenden Ringelemente verwendet werden.
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Ferner werden zwar beispielhaft drei
Kugellager 63a verwendet, die Positionen des Gleitkontakts
der Lenkwelle 1 mit der Außenumfangsfläche können aber
auch gleichmäßig in Umfangsrichtung der
Lenkwelle 1 verteilt sein. Ohne Beschränkung auf das oben Beschriebene
kann die Anzahl von Kugellagern 63a größer als Vier sein. Wenn jedoch
die Anzahl von Kugellagern 63a Eins oder Zwei betragen soll,
ist es schwierig, das Gleichgewicht des auf die Lenkwelle 1 aufzubringenden
Gleitkontaktdrucks zu gewährleisten.
Daher ist das Vorsehen von mehr als drei Kugellagern 63a wünschenswert.
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Der oben beschriebene Lagerhalter 62 kann derart
gehalten sein, dass das Kugellager 63a als Vorschubring
relativ zu dem axialen Zentrum der Lenkwelle 1 geneigt
ist und mit dem Außenumfang der
oben beschriebenen Lenkwelle 1 an einer Stelle der Innenumfangsfläche der
Lenkwelle 1 in Gleitkontakt steht. Hinsichtlich der Ausnehmung
zum Halten des Kugellagers 63a des Legerhalters 62 kann
der Lagerhalter 62 entweder geneigt oder exzentrisch in dem
Drehzylinder 6 angeordnet sein, wodurch entweder die Neigung
oder die Exzentrizität
der Ausnehmung wegfallen kann. Ferner muss die Form des Außenumfangs
des oben beschriebenen Lagerhalters 62 nicht kreisförmig sein,
sondern kann ein gleichseitiges Dreieck sein, wodurch es überflüssig wird,
die Positionen in den Umfangsrichtungen der drei Kugellager 63a, 63a, 63a einzustellen.
Somit ist die Form des Außenumfangs
nicht eingeschränkt.
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(Zweite Ausführungsform)
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5 zeigt
eine Vorderansicht, bei der ein Teil weggebrochen ist, einer weiteren
Ausführungsform
der Erfindung. Die Servolenkvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform
unterscheidet sich dahingehend von der der ersten Ausführungsform,
dass anstelle des Motors 5 der ersten Ausführungsform
der koaxial zu der Lenkwelle 1 angeordnete bürstenlose Motor 5b verwendet
wird. Bei der zweiten Ausführungsform
kann aufgrund der koaxialen Anordnung des bürstenlosen Motors 5b relativ
zu der Lenkwelle 1 der Aufbau kompakter sein als bei der
ersten Ausführungsform.
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Gemäß 5 ist auf der Innenfläche des Gehäuses 2 ein Stator
53 am Umfang vorgesehen. Auf der Innenfläche des Stators 53 sind
mehrere Permanentmagnete 54 gegenüber und in einem bestimmten
Abstand zu der Außenumfangsfläche des zylindrischen
Rotors 55 vorgesehen, welcher länger ist als der Stator 53,
wobei sich der Magnetpol von dem eines weiteren benachbarten Permanentmagneten 54 unterscheidet.
Der Rotor 55 ist an einem Ende über das Einbauelement von dem
Kugellager 64 und am anderen Ende von dem im wesentlichen gleichen
Kugellager 65 an der Innenfläche des Gehäuses 2 gelagert, und
aus diesen Komponenten ist der zur Lenkunterstützung vorgesehene bürstenlose Motor 5b aufgebaut.
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Auf der anderen Seite des Rotors 55 ist
ein Drehzylinder 6b koaxial in einem Presssitz angeordnet
und zusammen mit dem Rotor 55 von dem 4-Punktberührungs-Kugellager 60 am
Endbereich auf der Druckeinlassseite des Drehzylinders 6b frei drehbar
an der Innenfläche
des Gehäuses 2 gelagert.
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Bei einem solchen Aufbau dreht sich
bei aktiviertem Stator 53 der Rotor 55 zusammen
mit dem Permanentmagneten 54, von dem der einstückig mit dem
Rotor 55 verbundene Drehzylinder 6b gedreht wird.
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6 zeigt
ein vergrößertes Detail
von 5. In 6 sind in dem in dem Drehzylinder 6b ausgebildeten
hohlen Bereich drei Kugellager 63a, 63a, 63a,
die genauso aufgebaut sind wie die der ersten Ausführungsform, über die
drei Lagerhalter 62, 62, 62 koaxial mit
der Lenkwelle 1 angeordnet.
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Die Servolenkvorrichtung gemäß dieser
Ausführungsform
ist wie oben beschrieben aufgebaut und führt entsprechend der Drehung
des Drehzylinders 6b eine Lenkunterstützung ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform
durch. Da weitere Konstruktionen, Wirkungsweisen und Auswirkungen
denen der ersten Ausführungsform
im wesentlichen gleich sind, bezeichnen die gleichen Bezugszeichen
die entsprechenden Bereiche, und es erfolgt keine weitere Erläuterung
dazu.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Wie oben detailliert erläutert, drehen
sich bei der erfindungsgemäßen Servolenkvorrichtung
mehrere Zuführringe,
die relativ zu dem axialen Zentrum geneigt sind, während sie
an einer Stelle mit der Innenseite des Drehzylinders in Gleitkontakt
stehen. Entsprechend ist es möglich,
die Drehung des zur Lenkunterstützung
vorgesehenen Motors mit einem einfachen Mechanismus in die Bewegung
der Lenkwelle in axialer Bewegung umzuwandeln. Da keine Kugel, wie
z. B. beim Kugelspindelmechanismus, erforderlich ist, wird die Geräuschentwicklung
reduziert und ist kein teuerer Kugelspindelmechanismus erforderlich.
Ferner kann durch Verwendung eines handelsüblichen Lagers die Vorrichtung
kostengünstig hergestellt
werden.
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Da der Vorsprung auf der Innenumfangsfläche des
Zurührrings
in Gleitkontakt mit der spiralförmigen
Nut der Lenkwelle steht, kann die Drehung des zur Lenkunterstützung vorgesehenen
Motors zuverlässig
in die in axialer Richtung erfolgende Bewegung ohne Schlupf der
Lenkwelle in axialer Richtung auf der Gleitfläche umgewandelt werden.
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Ferner ist die vorliegende Erfindung
auf exzellente Weise dahingehend effektiv, dass es aufgrund der
Tatsache, dass der Zuführring
von dem oben beschriebenen Halter in geneigtem oder exzentrischem
Zustand gehalten wird, bei Einbau in den Drehzylinder genügt, nur
die Innenumfangsfläche des
Zuführrings
und den Gleitdruck der Lenkwelle einzustellen.