WO2004111496A1 - Vorrichtung zum übertragen von drehbewegungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Übertragen von Drehbewegungen mit einer Antriebswelle (5), die mit einem Antriebselement verbunden ist und einer Abtriebswelle (10), die mit der Antriebswelle (5) über ein Getriebe in Wirkverbindung steht. Erfindungsgemäss weist das Getriebe ein Übertragungselement (30) mit einer kugel- oder ellipsenförmigen Grundform auf.

Description

Vorrichtung zum Übertragen von Drehbewegungen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen von Drehbewegungen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie die Verwendung einer derartigen Vorrichtung .

Eine derartige Vorrichtung ist in Form eines Lenkgetriebes aus der DE-OS 24 10 489 bekannt. Dort ist eine Servolenkung offenbart, insbesondere eine elektrohydraulische Servolenkung, die eine ein Lenkhandrad tragende Lenksäule und ein mit den gesteuerten Rädern des Kraftfahrzeugs verbundenes Lenkgestänge, sowie ein hydromechanisch.es Lenkgetriebe aufweist, das mechanisch mit dem Lenkgestänge verbunden und zwischen einer Rechtsstellung und einer Linksstellung bewegbar ist. Die Lenksäule ist mit einer ein Kugelgewinde aufweisenden Lenkschraube antriebsgekoppelt, welche über eine Vielzahl von Kugeln mit einer Lenkmutter kraft- und formschlüssig verbunden ist. Die Lenkmutter weist eine Außenverzahnung auf, die mit einer Verzahnung eines Lenkstockhebels formschlüssig verbunden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative Vorrichtung zum Übertragen von Drehbewegungen anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Grundgedanke der Erfindung ist, ein Getriebe vorzusehen, welches ein Übertragungselement mit einer kugel-, ellipsen- oder rotationshyperboloidförmigen Grundform aufweist. Das Übertragungselement kann beispielsweise als Kugel, als Rotationshyperboloid, als Ellipsoid oder als ellipsenförmige Taumelscheibe ausgebildet sein. Es kann somit ein effizientes, kostengünstiges weil einfaches Getriebe verwirklicht werden. Dabei werden beispielsweise keine Bauteile mit aufwendiger Innenbearbeitung benötigt.

In einer Ausgestaltung weist das Übertragungselement eine Steuernut auf, in die ein Steuerfinger eingreift, der über einen Abtriebshebel mit der Abtriebswelle verbunden ist. Alternativ kann der Steuerfinger durch einen Wälzkörper dargestellt werden, der in der Steuernut abrollt. Dabei ist der Wälzkörper über eine Lagerung mit der Abtriebswelle antriebsgemäß verbunden. Aufgrund der kugel- oder ellipsenförmigen Grundform des Übertragungselements ist ein ständiger Eingriff des Steuerfingers in die Steuernut gewährleistet. Dabei wird ein ellipsenförmiges Übertragungselement dann verwendet, wenn ein Versatz zwischen der Antriebs- und Abtriebswelle nötig ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuernut ring- oder schraubenförmig an der Oberfläche oder im Körper des Übertragungselements angeordnet . Bei einer ringförmigen Anordnung ist die Steuernut gegenüber der Längsachse der Antriebswelle geneigt angeordnet . Der geschlossene Ring bewirkt, dass pro Umdrehung der Antriebswelle die Abtriebswelle einmal maximal in die eine Richtung und sodann wieder zurück verschwenkt wird. Dabei ist das Maß der Verschwenkung und somit das Übersetzungsverhältnis des Getriebes abhängig von der Neigung des Ringes gegenüber der Längsachse der Antriebswelle. Derartige Getriebe können beispielsweise bei Scheibenwischerantrieben in Fahrzeugen eingesetzt werden.

Bei kugelförmiger Grundform des Übertragungselements und ringförmiger Steuernut kann der Steuerfinger durch Kugeln eines Kugellagers verwirklicht werden. Dabei wird die Innenbahn (der Innenring) des Kugellagers durch die Steuernut gebildet oder die Innenbahn ist auf die Steuernut aufgebracht. Die Außenbahn (der Außenring) des Kugellagers ist mit der Abtriebswelle kraftschlüssig verbunden.

Bei einer schraubenförmigen Anordnung der Steuernut umgibt diese die Längsachse der Antriebswelle schraubenförmig, wobei der lokale Durchmesser in Abhängigkeit der kugel- oder ellipsenförmigen Grundform des Übertragungselements im Verlauf von einer Anbindungsstelle des Übertragungselements an die Antriebswelle zur gegenüberliegenden Anbindungsstelle variiert. Im Unterschied zur elliptischen Grundform weist ein Rotationshyperboloid keine konvexe sondern eine konkave Grundform auf. Derartige Getriebe können beispielsweise in einem Fahrzeug als Lenkgetriebe verwendet werden. Dabei wird über die Länge und somit die Anzahl der Windungen der Steuernut das Übersetzungsverhältnis des Getriebes festgelegt .

In einer weiteren Ausführungsform weist die schraubenförmige Steuernut zumindest abschnittsweise eine unterschiedliche Steigung auf. Dadurch kann eine variable Übersetzung zwischen Antriebs- und Abtriebswelle verwirklicht werden.

Beispielsweise können die Windungen der Steuernut im Bereich der größten radialen Ausdehnung des Übertragungselements enger zusammenliegen und somit eine geringere Steigung aufweisen, als in den Randbereichen, die näher den Anbindungsstellen des Übertragungselements mit der Antriebswelle liegen.

Vorteilhaft ist der Einsatz einer solchen Ausgestaltung beispielsweise in einem Lenkgetriebe eines gelenkten Fahrzeugs. So haben geringe Lenkbewegungen der Antriebswelle um eine Mittenlage bei Geradeausfahrt, bei der der Steuerfinger rechtwinklig zur Antriebswelle verläuft, lediglich geringe Winkeländerungen an der Abtriebswelle zur Folge, wohingegen größere Lenkbewegungen durch einen größeren Lenkeinschlag einer mit der Antriebswelle verbundenen Lenkhandhabe zu einer stärkeren Lenkbewegung an der Abtriebswelle führt. Dieses ist besonders vorteilhaft bei Anwendungen in unterschiedlichen Fahrsituationen. Kleine Lenkbewegungen bei hoher Geschwindigkeit, beispielsweise bei Autobahnfahrt, sollen geringere Änderungen in der Fahrtrichtung bewirken. Bei Rangierfahrten oder bei Einparkmanövern, bei denen regelmäßig große Lenkwinkeländerungen erforderlich sind, bewirkt eine Übersetzungszunähme bei großen Lenkwinkeln, dass von einem Fahrer an der Antriebswelle nur wenige Umdrehungen an einem Lenkhandrad vorzunehmen sind, um die lenkbaren Fahrzeugräder entsprechend stark einzuschlagen.

In einer weiteren Ausgestaltung ist eine Stelleinrichtung, beispielsweise ein Stellmotor, vorhanden, mittels dessen die Lage des Steuerfingers relativ zum Abtriebshebel veränderbar ist . Ein Verschwenken des Steuerfingers bewirkt eine Schwenkbewegung des Abtriebshebels und somit ein Verschwenken der mit dem Abtriebshebel verbundenen Abtriebswelle. Da ein Verschwenken des Steuerfingers unabhängig von einer Drehbewegung der Antriebswelle eine Schwenkbewegung der Abtriebswelle hervorruft, kann somit eine Überlagerung einer Schwenkbewegung erzeugt werden.

Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Lenkgetriebe eines Fahrzeuges kann somit ein Überlagerungsgetriebe verwirklicht werden, mit dem ein das Fahrverhalten des Fahrzeugs beeinflussender Lenkeingriff verwirklicht werden kann. Beispielsweise kann über das über ein Lenkgestänge mit den lenkbaren Fahrzeugrädern in Verbindung stehende Lenkgetriebe ein die Fahrstabilität erhöhender Lenkwinkel an den gelenkten Fahrzeugrädern eingestellt werde, wenn von einer Regelung ein instabiler Fahrzustand detektiert wird. Ebenso ist ein beispielsweise die Agilität des Fahrzeugs erhöhender Lenkwinkel einstellbar.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Steuernut zumindest abschnittsweise einen bogenförmig ausgebildeten Querschnitt auf. Insbesondere ist das bogenförmige Segment kreisförmig ausgebildet, so dass bei Eingriff des Steuerfingers in die Steuernut unabhängig vom Grad der Verschwenkung des Steuerfingers dessen Längsachse stets senkrecht zur Oberfläche der Steuernut verläuft.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Übertragungselement hohl ist und/oder eine durchlässige Oberfläche aufweist. So kann beispielsweise ein leichtes Getriebe verwirklicht werden. Die notwendige Steifigkeit zur Übertragung von Lenkmomenten von der Antriebs- auf die Abtriebswelle kann dabei gegebenenfalls durch im Hohlraum des Übertragungselements verlaufende Streben erzielt werden. Auch kann das Übertragungselement lediglich durch die umlaufende Steuernut und zwischen den Windungen verlaufende Verbindungen gebildet sein. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1: eine Draufsicht auf eine schematisch dargestellte

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2: eine Seitenansicht einer Ausführungsform gem. Fig.l, Fig. 3: eine um 90° gegenüber Fig. 2 gedrehte Seitenansicht bei mittiger Stellung eines Steuerfingers einer weiteren Ausführungsform mit Stelleinrichtung am

Abtriebshebel , Fig. 4: eine Detailansicht eines Querschnitts einer Nut im

Übertragungselement .

Fig. 1 zeigt den prinzipielle Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in Draufsicht. Eine Antriebswelle 5 ist an zwei Stellen 6 drehbeweglich gelagert. Zwischen den Lagerstellen 6 ist ein kugelförmiges Übertragungselement 30 an zwei Anbindungsstellen 31,32 mit der Antriebswelle 5 kraftschlüssig verbunden. In die Oberfläche 33 des Übertragungselements 30 ist eine Steuernut 40 eingearbeitet, die sich zwischen zwei Anschlägen 41 schraubenförmig um eine Längsachse 7 der Antriebswelle 5 entlang der Kugeloberfläche 33 erstreckt.

In Fig. 1 weisen die Windungen 42 der Steuernut 40 eine konstante Steigung auf. Möglich ist jedoch auch, eine Steuernut 40 mit abschnittsweise unterschiedlicher Steigung vorzusehen, insbesondere, im Bereich der Kugelmitte 34 eine geringe Steigung und an den den Anbindungsstellen 31,32 zugewandten Bereichen eine größere Steigung vorzusehen.

Eine Abtriebswelle 10 ist im wesentlichen orthogonal zur Längsachse 7 der Antriebswelle 5 angeordnet und in zwei Lagerstellen 11 schwenkbeweglich gelagert. Die Abtriebswelle 10 ist dabei relativ zur Antriebswelle 5 so angeordnet, dass sich die jeweiligen Längsachsen 7,12 der beiden Wellen 5,10 im Mittelpunkt 34 des kugelförmigen Übertragungselements 30 schneiden.

Mit einem dem Übertragungselement 30 zugewandten Ende der Abtriebswelle 10 ist ein Abtriebshebel 15 in Form eines winkelförmigen Arms kraftschlüssig verbunden. An einem dem Übertragungselement 30 zugewandten Ende des Abtriebshebels 10 ist ein Steuerfinger 20 angeordnet, der in die Steuernut 40 eingreift. Der Steuerfinger 20 ist in Fig. 1 lediglich gestrichelt dargestellt, da er hinter dem Übertragungselement 30 angeordnet ist und durch dieses verdeckt wird. In einer weiteren Ausführungsform kann der Abtriebshebel 15 die Form einer Klammer oder eines Halbrings aufweisen und auf der der Abtriebswelle 10 gegenüberliegenden Seite des Übertragungselements 30 drehbeweglich gelagert sein.

Der Abtriebshebel 15 kann jedoch auch einen zweiten Arm aufweisen, der zusammen mit dem bereits erwähnten ersten Arm des Abtriebshebels 15 eine Klaue bildet . An der dem Übertragungselement 30 zugewandten Ende des zweiten Arms ist dabei ebenfalls ein Steuerfinger 20 angeordnet, der in die Steuernut 40 eingreift. Der Eingriff in die Steuernut 40 würde in der in Fig. 1 dargestellten Stellung in der Nähe des rechten Anschlags 41 der Steuernut 40 erfolgen. Eine derartige Klauenkonstruktion setzt voraus, dass die Steigung der Steuernut 40 entlang der Längsachse 7 der Antriebswelle 5 punktsymmetrisch zum Mittelpunkt 34 des kugelförmigen Übertragungselements 30 ausgebildet ist.

Auf eine solche symmetrische Ausführungsform ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Vielmehr kann eine Asymmetrie in der Steigung der Steuernut 40 beispielsweise zwischen linker und rechter in der Fig. 1 dargestellten Hälfte des Übertragungselements 30 vorliegen. Sinnvollerweise würde dabei lediglich ein Arm des Abtriebshebels 15 vorhanden sein, um ohne Verzwängungen nur einen Steuerfinger 20 in der Steuernut 40 führen zu können. Durch eine derartige Asymmetrie kann eine ungleichförmige Über- bzw. Untersetzung zwischen Antriebs- und Abtriebswelle 5,10, ausgehend von einer Mittelstellung des Steuerfingers 20, abhängig von der Drehrichtung der Antriebswelle 5 erfolgen.

Es ist leicht nachzuvollziehen, dass der oder die Arme des Abtriebshebels 15 auch bogenförmig beispielsweise äquidistant zur Oberfläche 33 des kugelförmigen Übertragungselements 30 ausgeführt sein kann bzw. können.

Fig. 2 zeigt eine um 90° gegenüber Fig. 1 verschwenkte Darstellung. Die Abtriebswelle 10 verläuft hinter der Zeichnungsebene und ist deshalb lediglich gestrichelt dargestellt. Gegenüber Fig. 1 ist in Fig. 2 der Abtriebshebel 15 in einer annähernd orthogonal zur Längsachse 7 der Antriebswelle 5 verlaufenden Mittelstellung dargestellt.

In Fig. 2 weist die Steuernut 40 eine inkonstante Steigung auf. Es ist der Steuerfinger 20 zu erkennen, der am Abtriebshebel 15 drehbeweglich gelagert ist. Dazu wird der Steuerfinger 20 über zwei Lager 22 im Gehäuse 17 einer mit dem Abtriebshebel 15 verbundenen Führungseinheit 16 abgestützt. Die Lager 22 können dabei als Wälz- oder Nadellager ausgebildet sein. Durch die drehbewegliche Lagerung des Steuerfingers 20 kann der Steuerfinger 20 an einer Seitenwand 43 der Steuernut 40 abgewälzt werden. Dadurch wird Haft- und Gleitreibung zwischen dem in die Steuernut 40 eingreifenden Teil des Steuerfingers 20 und der Seitenwand 43 der Steuernut 40 verringert. In Fig. 3 ist eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt. Zwischen der Führungseinheit 16 und dem Abtriebshebel 15 ist eine Stelleinrichtung 18 z.B. ein elektrischer Stellmotor angeordnet, über den die Lage der Führungseinheit 16 und somit der Längsachse 21 des Steuerfingers 20 relativ zum Abtriebshebel 15 verändert werden kann. Wird die Führungseinheit 16 um die Längsachse 19 der Stelleinrichtung 18 verschwenkt, verläuft sodann die Längsachse 21 des Steuerfingers 20 nicht mehr orthogonal zur Längsachse 12 der Abtriebswelle 10, sondern weist keinen Schnittpunkt mehr mit dieser auf .

Eine derartig verschwenkte Stellung des Steuerfingers 20 ist in Fig. 4 dargestellt, wobei lediglich ein Ausschnitt des Übertragungselements 30 geschnitten dargestellt ist. Deutlich ist im Querschnitt die Kontur der Steuernut 40 zu erkennen, die bogenförmig insbesondere kreissegmentförmig ausgebildet ist . Der Mittelpunkt 44 des Kreissegments wird dabei von der Längsachse 19 der Stelleinrichtung 18 gebildet. An dem der Übertragungseinheit 30 zugewandten Ende des Steuerfingers 20 kann eine Kugel 23 gelagert sein, durch die die Reibung zwischen dem Steuerfinger 20 und der Steuernut 40 verringert werden kann.

Durch Verschwenken der Längsachse 21 des Steuerfingers 20 erfolgt eine Schwenkbewegung der Führungseinheit 16, wodurch über den Abtriebshebel 15 eine Schwenkbewegung der Abtriebswelle 10 erzielt wird. Durch Ansteuerung des Schwenkmotors 18 kann somit ein zusätzlicher Verschwenkwinkel an der Abtriebswelle 10 erreicht werden. Dieser wird einem durch Drehung der Antriebswelle 5 vom Übertragungselement 30 erzeugten Verschwenkwinkel überlagert. Dadurch kann der Verschwenkwinkel an der Abtriebswelle 10 größer oder kleiner sein kann, als ein durch die Steigung der Steuernut 40 des Übertragungselements 30 hervorgerufener Verschwenkwinkel bei Getrieben ohne Schwenkmotor 18.

Es ist leicht nachzuvollziehen, dass die Antriebs- 5 und Abtriebswelle 10 an den Lagerstellen 6,11 gegenüber einem das Getriebe umschließenden Gehäuse abgestützt sein können.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Übertragen von Drehbewegungen mit

- einer Antriebswelle, die mit einem Antriebselement verbunden ist und einer Abtriebswelle, die mit der Antriebswelle über ein Getriebe in Wirkverbindung steht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Getriebe ein Übertragungselement (30) mit einer kugel-, ellipsen- oder rotationshyperboloidförmigen Grundform aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Übertragungselement (30) eine Steuernut (40) aufweist, in die ein Steuerfinger (20) eingreift, der über einen Abtriebshebel (15) mit der Abtriebswelle (10) verbunden ist .

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuernut (40) ring- oder schraubenförmig an der Oberfläche (33) oder im Körper des Übertragungselements (30) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die schraubenförmige Steuernut (40) zumindest abschnittsweise eine unterschiedliche Steigung aufweist,

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Stelleinrichtung (19) vorhanden ist, mittels derer die Lage des Steuerfingers (20) relativ zum Abtriebshebel (15) veränderbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuernut (40) zumindest abschnittsweise einen bogenförmig ausgebildeten Querschnitt aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Übertragungselement (30) überwiegend hohl ist und/oder eine durchlässige Oberfläche (33) aufweist.

8. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Lenkgetriebe für ein Kraftfahrzeug.

9. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zusammen mit einem Scheibenwischerantrieb.