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EP3010783A1 - Doppelritzel-lenkgetriebe mit hohlwellenmotor - Google Patents

Doppelritzel-lenkgetriebe mit hohlwellenmotor

Info

Publication number
EP3010783A1
EP3010783A1 EP14729670.1A EP14729670A EP3010783A1 EP 3010783 A1 EP3010783 A1 EP 3010783A1 EP 14729670 A EP14729670 A EP 14729670A EP 3010783 A1 EP3010783 A1 EP 3010783A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pinion
shaft
rack
steering
steering gear
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14729670.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Aksel Maier
Anatoli Schröder
Christine GOLDBERG
Kai Vohwinkel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Presta AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Presta AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Presta AG filed Critical ThyssenKrupp Presta AG
Publication of EP3010783A1 publication Critical patent/EP3010783A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0421—Electric motor acting on or near steering gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D3/00—Steering gears
    • B62D3/02—Steering gears mechanical
    • B62D3/12—Steering gears mechanical of rack-and-pinion type
    • B62D3/126—Steering gears mechanical of rack-and-pinion type characterised by the rack
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0442—Conversion of rotational into longitudinal movement

Definitions

  • the present invention relates to a steering gear for motor vehicles having the features of the preamble of claim 1.
  • steering gear in which the servo drive acts on the rack via a second steering pinion and a second toothing.
  • Such steering gears are shown in the published patent applications DE 10 2005 022 867 AI, DE 10 2007 004 218 AI and WO 2006/138209 A2. These steering gears have a relatively large volume of construction, since the servo drive is provided separately next to the engagement steering pinion / rack.
  • a double-pinion steering gear is known in which the two steering pinions are arranged opposite to the rack at an angle of 90 ° to the rack.
  • the two steering pinions are thereby forcibly mechanically coupled to an opposite rotation by means of spur gears or bevel gears. Due to the geometric arrangement of the pinion to each other, the elimination of a complex pressure piece in the previously known form is made possible.
  • At least one steering pinion is with a
  • Servomotor coupled, which supports the steering.
  • the rotation of the steering shaft is detected by a sensor.
  • the disadvantage of the arrangement is that it is due to the location of the servo drive and the sensor too
  • a steering gear in particular for motor vehicles, with a steering housing, in which a rack is longitudinally displaceable and connected for pivoting steerable wheels with these, wherein the rack is provided with a first toothed segment, which meshes with a first pinion of a pinion shaft and the pinion shaft is indirectly connected to a steering wheel via a steering shaft, the rack having a second sector gear opposite to the first sector gear relative to the longitudinal axis of the rack, and a second pinion engaging with the second sector gear an electric motor is provided which indirectly drives the first pinion mechanically positively coupled to the second pinion to counter-rotation, in which the electric motor is designed as a hollow shaft motor, the input shaft and / or the pinion shaft at least in a portion of one of these waves partially surrounds.
  • the hollow shaft motor drives a gear shaft, which is connected via a gear to the pinion shaft.
  • a rotation angle sensor on the input shaft and a rotation angle sensor on the pinion shaft are provided, so that the applied steering wheel torque and the position of the rotor can be determined.
  • the transmission is a reduction gear.
  • the motor can thus be designed compactly with high speed and low torque.
  • first and the second pinion are arranged obliquely opposite the rack, wherein the plane which the sprockets span the longitudinal axis of the rack under a
  • Inclination angle less than 90 ° intersects.
  • the oblique arrangement space can be saved in the pinion.
  • the axes of rotation of the two opposing pinions are arranged at an acute angle to each other.
  • the engagement pinion / rack can be adjusted without pressure piece.
  • toothed segments are arranged in mutually inclined planes, in correspondence with the pinion arranged at an acute angle to each other.
  • the remote drive bearing of the second pinion advantageously has a bearing assembly for adjusting the play of the mesh pinion / rack.
  • Fig. 5 is a perspective view of the transmission of Figure 4, as well
  • Fig. 6 a longitudinal section of the pinion / rack engagement.
  • the hollow shaft motor 1 shows a hollow shaft motor 1 lying in a motor housing 2 is shown as a servo drive of a steering gear.
  • the hollow shaft motor 1 surrounds a centered in the housing 2 with a longitudinal axis 3 lying input shaft 4, which is rotatably connected to the steering shaft, not shown here, connected to the steering wheel.
  • a circular cylindrical torsion bar 5 connects on the one hand the input shaft 4 with a pinion shaft 6 in the axial direction, so that they have a defined position to each other.
  • the torsion bar 5 causes a relative rotation between the input shaft 4 and the pinion shaft 6, which is used to control the steering assist and its direction. As shown in FIG.
  • the torsion bar 5 is pressed at one end into a round centered bore 7 of the pinion shaft 6. At the other end it is connected to the input shaft 4, in which it passes through the input shaft 4 centered over the entire length and both are pierced transversely at the end and verifd.
  • the torsion bar 5 is tapered in a central portion.
  • the input shaft 4 has for receiving the torsion bar 5 and the pinion shaft 6 a
  • the recess 8 is circular cylindrical.
  • the second paragraph 10 of the recess 8 serves as a collar for the pinion shaft 6 and is at the end of the taper of the Torsion bar 5 is arranged. In the area of the second paragraph 10 are the
  • oval cylindrical recess 8 are rotated by a certain angular range until a stop serves as a mechanical entrainment. This limitation represents a protection of the torsion bar 5.
  • the recess 8 again
  • the input shaft 4 surrounds the pinion shaft 6 with little play, with needle bearings 12 on the pinion shaft 6 ensure that the input shaft 4 is rotatably mounted about the pinion shaft 6.
  • the input shaft 4 has on the outside a first projection 13 and a second projection 14, wherein the first projection 13 is in the region of the first paragraph 9 of the recess 8.
  • the rotation of the torsion bar 5 is about two magnetic
  • the rotation angle sensors 15, 16 each have a magnetic ring 17, 18 as a donor magnet and a sensor element 19, 20.
  • the sensor element 19, 20 may be a Hall or magnetoresistive sensor
  • optical sensors consisting of a light-emitting and a photosensitive component
  • a first transmitter magnet 17 is disposed on the input shaft 4 in abutment with the annular collar formed by the second projection 14 in front of the pinion shaft 6 and a second
  • Encoder magnet 18 is arranged on the pinion shaft 6, as shown in Figure 3. The position of the magnetic rings 17, 18 to each other at a
  • Torsion bar 5 the steering wheel torque.
  • the hollow shaft motor 1 comprising the input shaft 4 and pinion shaft 6 has a stator 21, a rotor 22 and a magnet 23.
  • Input shaft 4 and the pinion shaft 6 are concentrically surrounded by the rotor 22, wherein between the donor magnets 17, 18 and the Sensor elements 19, 20 are arranged.
  • the rotor 22 is in turn surrounded concentrically by the magnet 23 and the stator 21.
  • the rotor 22 is realized with a permanent magnet and the fixed stator 21 comprises coils which are driven offset in time by an electronic circuit to give rise to a rotating field, which is a
  • Torque on the permanently excited rotor 22 causes.
  • the rotor 22 drives a gear 24 via a rotatably connected gear shaft 25 at.
  • the rotor 22 is connected to the transmission shaft 25 via a serration
  • the transmission shaft 25 is hollow and is penetrated by the pinion shaft 6 with clearance.
  • the gear 24 is coaxial and designed as a cycloidal gear, as shown in Figure 4 and Figure 5.
  • the cycloidal gear 24 has two offset by 180 degrees cams 26, 27, a driving plate 28, driving pins 29, cylindrical pins 30 and an eccentric 31.
  • the eccentric 31 drives the cams 26, 27, which are penetrated by the driving pins 28 and which roll on the stationary cylinder pins 30.
  • Mit critically brakinge 29 are firmly pressed into the drive plate 28 and have in height of the cams 26, 27 a bearing sleeve 32, which allows the drive plate 28 via the cams 26, 27 to drive. Each revolution of the gear shaft 25, the output moves to one
  • the drive plate 28 has, as shown in Figure 1, a concentric bearing seat 33 for a first gear 34.
  • the first gear 34 is rotatably with the drive plate 28 and the penetrating pinion shaft. 6
  • the first gear 34 meshes with a second gear 35 which rotatably surrounds a second pinion 36 at an end close to the drive.
  • the pinion shaft 6 has at its end remote from the drive a first pinion 37, which mechanically with the second pinion 36 via the two gears 34, 35 at their drive-near ends to an opposite direction
  • Figure 6 shows the pinion 37, 36 and their engagement in the Rack 40 in a detail view.
  • the spaced parallel aligned pinions 37, 36 are oppositely engaged with a respective rack segment 38, 39 on a rack 40, wherein the rack segments 38, 39 are located on the rack 40 with respect to the longitudinal axis.
  • the rack 40 is mounted in a steering housing 41 perpendicular to the longitudinal axis 3 of the input shaft 4.
  • the input shaft 4 is inserted into the motor housing 2, wherein a cover 42, the motor housing 2 in the direction of the steering shaft at the height of the first projection 13 of the input shaft 4 closes.
  • the input shaft 4 passes through the cover 42 (see FIG. 1). Furthermore, the input shaft 4 and the rotor 22 are rotatable in
  • the active first gear 34 of the first pinion 37 is mounted on a toothing 44 of the first pinion 37 with fit and rotatably inserted with the outside in the drive plate 28.
  • the passive second gear 35 is brought without clearance in engagement with the active first gear 34 during assembly.
  • the passive second pinion 36 has a serration and in the direction of the drive 1 a short cylindrical shoulder.
  • the passive second gear 35 has an inner diameter which has a clearance fit to the cylindrical shoulder.
  • the passive gear 35 is pressed onto the serration, wherein it comes to a positive connection, which is designed so that the resulting moments can be transmitted. Furthermore, the two pinions 37, 36 are brought into engagement with the rack 40 without play before the steering housing 41 is brought into contact with the motor housing 2 in the longitudinal direction and connected by means of fastening means.
  • the steering housing 41 connected to the motor housing 2 surrounds the
  • the steering housing 41 is formed concentrically in the longitudinal direction of the rack center. Towards the transmission 24, this widens Steering housing 41, wherein a first shoulder 45 at the height of the gears 34, 35 and a second shoulder 46 at the height of the transmission 24 is arranged. Due to the azenthari position of the rack 40 with respect to the longitudinal axis 3 of the input shaft 4 and the pinion shaft 6, the steering housing 41 is formed in the region of the transmission 24 is not rotationally symmetrical about the longitudinal axis 3. Therefore, the gear 24 for securing the position in the steering housing 40 an anti-rotation in the form of a nose 47 (see also Figure 5). Of
  • the pinions 37, 36 are rotatably mounted relative to the steering housing 41 at both ends. Furthermore, the steering housing 41 in
  • the steering housing 41 is preferably made of aluminum or magnesium.
  • the second pinion on the drive distant bearing on a bearing assembly with two sleeves wherein the outer sleeve forms a guide and the inner sleeve forms a sliding piece.
  • the sliding piece is slidably disposed along inclined guide surfaces, so that when moving the sliding piece, the pinion on the engagement pinion / rack is deliverable.
  • a spring between the sleeves and that as a set screw
  • the coaxial transmission is designed as a planetary gear or other eccentric gear or gear reduction.
  • the axes of rotation of the two opposing pinions are arranged at an acute angle to each other and the two rack segments, located on the
  • Rack relative to the longitudinal axis are opposite, are arranged in mutually inclined planes, because in this way a backlash of the teeth engagement can be achieved by a bias of the rack in the included angle inside.
  • the pinions have an offset to each other in the longitudinal direction of the rack, so that space can be saved with a constant coupling width of the pinion.
  • the torsion bar detects a rotation of the steering shaft relative to the pinion shaft.
  • the signal thus triggered controls the electric motor which drives the pinion shaft via the gearbox driven by the rotor.
  • the coaxial transmission transmits the reduced output speed of the transmission shaft to the active first pinion. Due to the positive mechanical coupling of the first pinion with the second pinion, the rack is driven from opposite sides to a longitudinal displacement, which causes a pivoting of the steered wheels.
  • the steering assist force generated by the servo motor is thus introduced via two pinions in the rack.
  • the steering gear according to the invention has preferred compact

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Lenkungsgehäuse (41), in dem eine Zahnstange (40) längsverschiebbar gelagert und zur Verschwenkung von lenkbaren Rädern mit diesen verbunden ist, wobei die Zahnstange (40) mit einem ersten Zahnsegment (38) versehen ist, welches mit einem ersten Ritzel (37) einer Ritzelwelle (6) kämmt und wobei die Ritzelwelle (6) mittelbar über eine Lenkwelle mit einem Lenkrad verbunden ist, wobei die Zahnstange (40) ein zweites Zahnsegment (39) aufweist, das dem ersten Zahnsegment (38) bezüglich der Längsachse der Zahnstange (40) gegenüber liegt, und dass ein zweites Ritzel (36) vorgesehen ist, das mit dem zweiten Zahnsegment (38) in Eingriff steht, wobei ein Elektromotor vorgesehen ist, der das mit dem zweiten Ritzel (36) zu einer gegensinnigen Drehung mechanisch zwangsgekoppelte erste Ritzel (37) mittelbar antreibt, und wobei der Elektromotor als Hohlwellenmotor (1) ausgebildet ist, der die Eingangswelle (4) und/oder die Ritzelwelle (6) teilweise umgibt.

Description

Doppelritzel-Lenkgetriebe mit Hohlwellenmotor
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Für große und schwere Fahrzeuge der sogenannten Mittelklasse, der
Luxusklasse und für Geländefahrzeuge wird eine Bauform der elektrischen unterstützten Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge bevorzugt, bei der die
Unterstützungskraft über eine zweite Verzahnung in die Zahnstange
eingeleitet wird . Es sind Lenkgetriebe bekannt, bei denen der Servoantrieb über ein zweites Lenkritzel und eine zweite Verzahnung auf die Zahnstange wirkt. Solche Lenkgetriebe sind in den Offenlegungsschriften DE 10 2005 022 867 AI, DE 10 2007 004 218 AI und WO 2006/138209 A2 gezeigt. Diese Lenkgetriebe weisen ein relativ großes Bauvolumen auf, da der Servoantrieb separat neben dem Eingriff Lenkritzel/Zahnstange vorgesehen wird . Zudem muss die Führung der Zahnstange im Bereich des Lenkritzels über ein
Druckstück spielfrei gehalten werden. Diese Lagerung ist mit
Produktionskosten verbunden und stellt in der Praxis eine mögliche
Geräuschquelle dar, die unerwünscht ist.
Aus der DE 10 2010 027 553 AI ist ein Doppelritzel-Lenkgetriebe bekannt, bei dem die beiden Lenkritzel gegenüberliegend an der Zahnstange unter einem Winkel von 90° zur Zahnstange angeordnet sind. Die beiden Lenkritzel sind dabei zu einer gegensinnigen Drehung mittels Stirnräder oder Kegelräder mechanisch zwangsgekoppelt. Durch die geometrische Anordnung der Ritzel zueinander wird der Wegfall eines aufwändigen Druckstücks in der bisher bekannten Form ermöglicht. Mindestens ein Lenkritzel ist mit einem
Servomotor gekoppelt, der die Lenkung unterstützt. Die Verdrehung der Lenkwelle wird dabei von einem Sensor erfasst. Der Nachteil der Anordnung ist, dass es aufgrund der Lage des Servoantriebs und des Sensors zu
Bauraumengpässen kommt.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lenkgetriebe zu schaffen, das kompakte Abmessungen aufweist und dennoch die für schwere Kraftfahrzeuge erforderlichen Lenkhilfskräfte zur Verfügung stellt.
Diese Aufgabe wird von einem Lenkgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach ist ein Lenkgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Lenkungsgehäuse, in dem eine Zahnstange längsverschiebbar gelagert und zur Verschwenkung von lenkbaren Rädern mit diesen verbunden ist, wobei die Zahnstange mit einem ersten Zahnsegment versehen ist, welches mit einem ersten Ritzel einer Ritzelwelle kämmt und wobei die Ritzelwelle mittelbar über eine Lenkwelle mit einem Lenkrad verbunden ist, wobei die Zahnstange ein zweites Zahnsegment aufweist, das dem ersten Zahnsegment bezüglich der Längsachse der Zahnstange gegenüber liegt, und dass ein zweites Ritzel vorgesehen ist, das mit dem zweiten Zahnsegment in Eingriff steht, wobei ein Elektromotor vorgesehen ist, der das mit dem zweiten Ritzel zu einer gegensinnigen Drehung mechanisch zwangsgekoppelte erste Ritzel mittelbar antreibt vorgesehen, bei dem der Elektromotor als Hohlwellenmotor ausgebildet ist, der die Eingangswelle und/oder die Ritzelwelle zumindest in einem Abschnitt einer dieser Wellen teilweise umgibt. Durch diese Anordnung ist eine besonders kompakte Bauform möglich . Dies gilt insbesondere, wenn die Hohlwelle des Elektromotors koaxial zu der Eingangswelle angeordnet ist.
Bevorzugt treibt der Hohlwellenmotor eine Getriebewelle an, die über ein Getriebe mit der Ritzelwelle verbunden ist. In einer Ausführungsform sind ein Drehwinkelsensor auf der Eingangswelle und ein Drehwinkelsensor auf der Ritzelwelle vorgesehen, so dass das anliegende Lenkradmoment und die Position des Rotors bestimmt werden können.
Vorzugsweise ist das Getriebe ein Untersetzungsgetriebe. Der Motor kann somit kompakt mit hoher Drehzahl und kleinem Drehmoment ausgestaltet werden.
Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass das erste und das zweite Ritzel schräg gegenüberliegend der Zahnstange angeordnet sind, wobei die Ebene, die die Ritzel aufspannen die Längsachse der Zahnstange unter einem
Neigungswinkel kleiner als 90° schneidet. Durch die schräge Anordnung kann Bauraum im Bereich der Ritzel eingespart werden.
Es ist vorteilhaft, wenn die mechanische Kopplung der beiden Ritzel über Zahnräder erfolgt.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Drehachsen der beiden sich gegenüber liegenden Ritzel in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sind. So kann der Eingriff Ritzel/Zahnstange ohne Druckstück eingestellt werden.
Dabei ist es bevorzugt vorgesehen ist, dass die Zahnsegmente in zueinander geneigten Ebenen angeordnet sind, in Korrespondenz zu den in einem spitzen Winkel zueinander angeordneten Ritzel.
Bei der erfinderischen Ausführungsform weist das antriebsferne Lager des zweiten Ritzels vorteilhafterweise eine Lageranordnung zum Einstellen des Spiels des Eingriffs Ritzel/Zahnstange auf.
Eine besonders einfach aufgebaute Anordnung ergibt sich allerdings, wenn die Drehachsen der beiden sich gegenüber liegenden Ritzel parallel zueinander angeordnet sind, da dann die diese Ritzel koppelnden Getriebeelemente zum Beispiel als Stirnräder ausgebildet sein können.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen : Fig. 1 : einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe mit Doppelritzel-Anordnung und Hohlwellenmotor,
Fig. 2 : eine Seitenansicht der Eingangswelle in Verbindung mit der Ritzelwelle und einen Längsschnitt sowie zwei Querschnitte der Anordnung,
Fig. 3 : eine räumliche Darstellung der Drehwinkelsensoren und
Gebermagneten an der Eingangswelle in einem vormontierten Zustand,
Fig. 4: einen Längsschnitt des Getriebes aus Figur 1,
Fig. 5 : eine räumliche Darstellung des Getriebes aus Figur 4, sowie
Fig. 6: einen Längsschnitt des Ritzel/Zahnstangen Eingriffs.
In der Figur 1 ist ein Hohlwellenmotor 1 in einem Motorgehäuse 2 liegend als Servoantrieb eines Lenkgetriebes gezeigt. Der Hohlwellenmotor 1 umgibt eine zentriert im Gehäuse 2 mit einer Längsachse 3 liegende Eingangswelle 4, die mit der hier nicht dargestellten, mit dem Lenkrad verbundenen Lenkwelle drehfest in Verbindung steht. Ein kreiszylinderförmiger Drehstab 5 verbindet einerseits die Eingangswelle 4 mit einer Ritzelwelle 6 in axialer Richtung, so dass sie zueinander eine definierte Position haben. Andererseits bewirkt der Drehstab 5 in Abhängigkeit vom Lenkradmoment eine relative Verdrehung zwischen der Eingangswelle 4 und der Ritzelwelle 6, die zur Steuerung der Lenkunterstützung und ihrer Richtung genutzt wird . Wie in Figur 2 gezeigt, wird dazu der Drehstab 5 an einem Ende in eine runde zentrierte Bohrung 7 der Ritzelwelle 6 eingepresst. Am anderen Ende wird er mit der Eingangswelle 4 verbunden, in dem er die Eingangswelle 4 mittig über die gesamte Länge durchsetzt und beide am Ende quer durchbohrt und verstifted sind. Der Drehstab 5 ist dabei in einem mittleren Abschnitt verjüngt. Die Eingangswelle 4 weist zur Aufnahme des Drehstabs 5 und der Ritzelwelle 6 eine
durchsetzende zentrale Ausnehmung 8 mit drei Absätzen 9, 10, 11 auf. Am ritzelfernen Ende im Bereich der Verjüngung des Drehstabs 5 weist die
Ausnehmung 8 den ersten Absatz 9 auf. Bis zum ritzelnahen Ende ist die Ausnehmung 8 kreiszylinderförmig. Der zweite Absatz 10 der Ausnehmung 8 dient als Bund für die Ritzelwelle 6 und ist am Ende der Verjüngung des Drehstabs 5 angeordnet. Im Bereich des zweiten Absatzes 10 sind die
Ausnehmung 8, sowie die darin mit Spiel aufgenommene Ritzelwelle 6 ovalzylinderförmig ausgestaltet. Die Ritzelwelle 6 kann somit in der
ovalzylinderförmigen Ausnehmung 8 um einen bestimmten Winkelbereich gedreht werden bis ein Anschlag als mechanische Mitnahme dient. Diese Begrenzung stellt einen Schutz des Drehstabs 5 dar. An den zweiten Absatz 10 schließt der dritte Absatz 11 an, in dem die Ausnehmung 8 wieder
kreiszylinderförmig ausgebildet ist und auch die Ritzelwelle 6 einen
kreisförmigen Querschnitt aufweist. Die Eingangswelle 4 umgibt die Ritzelwelle 6 dabei mit wenig Spiel, wobei Nadellager 12 auf der Ritzelwelle 6 dafür sorgen, dass die Eingangswelle 4 um die Ritzelwelle 6 drehbar gelagert ist. Die Eingangswelle 4 weist auf der Außenseite einen ersten Vorsprung 13 und einen zweiten Vorsprung 14 auf, wobei der erste Vorsprung 13 in Bereich des ersten Absatzes 9 der Ausnehmung 8 liegt.
Die Verdrehung des Drehstabs 5 wird über zwei magnetische
Drehwinkelsensoren 15, 16 erfasst. Die Drehwinkelsensoren 15, 16 weisen jeweils einen Magnetring 17, 18 als Gebermagnet und ein Sensorelement 19, 20 auf. Bevorzugt werden die Gebermagneten 17, 18 über eine
Klebeverbindung auf der Eingangswelle 4 und der Ritzelwelle 6 fixiert. Das Sensorelement 19, 20 kann als Hall- oder magnetoresistiver Sensor
ausgebildet sein. Weiterhin sind optische Sensoren bestehend aus einem lichtemittierenden und einem lichtempfindlichen Bauteil oder
Dehnungsmessstreifen denkbar. Ein erster Gebermagnet 17 ist auf der Eingangswelle 4 in Anlage an den vom zweiten Vorsprung 14 gebildeten Ringbund vor der Ritzelwelle 6 liegend angeordnet und ein zweiter
Gebermagnet 18 ist auf der Ritzelwelle 6, wie auch in Figur 3 gezeigt, angeordnet. Die Stellung der Magnetringe 17, 18 zueinander bei einer
Verdrehung des Drehstabes 5 ergibt mit der bekannten Steifigkeit des
Drehstabes 5 das Lenkradmoment.
Der die Eingangswelle 4 und Ritzelwelle 6 umfassende Hohlwellenmotor 1 weist einen Stator 21, einen Rotor 22 und einen Magneten 23 auf. Die
Eingangswelle 4 und die Ritzelwelle 6 sind dabei konzentrisch von dem Rotor 22 umgeben, wobei dazwischen die Gebermagneten 17, 18 und die Sensorelemente 19, 20 angeordnet sind . Der Rotor 22 wiederum wird von dem Magneten 23 und dem Stator 21 konzentrisch umgeben. Dabei ist der Rotor 22 mit einem Permanentmagneten realisiert und der feststehende Stator 21 umfasst Spulen, die von einer elektronischen Schaltung zeitlich versetzt angesteuert werden um ein Drehfeld entstehen zu lassen, welches ein
Drehmoment am permanent erregten Rotor 22 verursacht. Der Rotor 22 treibt ein Getriebe 24 über eine drehfestverbundene Getriebewelle 25 an. Bevorzugt ist der Rotor 22 mit der Getriebewelle 25 über eine Kerbverzahnung
verbunden.
Die Getriebewelle 25 ist hohl und wird von der Ritzelwelle 6 mit Spiel durchsetzt. Das Getriebe 24 ist koaxial und als Zykloidgetriebe, wie in Figur 4 und Figur 5 dargestellt, ausgebildet. Das Zykloidgetriebe 24 weist zwei um 180 Grad versetzte Kurvenscheiben 26, 27, eine Mitnehmerscheibe 28, Mitnehmerstifte 29, Zylinderstifte 30 und einen Exzenter 31 auf. Der Exzenter 31 treibt die mit den Mitnehmerstiften 28 durchsetzten Kurvenscheiben 26, 27 an, die sich an den feststehenden Zylinderstiften 30 abwälzen. Die
Mitnehmerstifte 29 sind dabei fest in die Mitnehmerscheibe 28 eingepresst und weisen in Höhe der Kurvenscheiben 26, 27 eine Lagerhülse 32 auf, die es erlaubt die Mitnehmerscheibe 28 über die Kurvenscheiben 26, 27 anzutreiben. Je Umdrehung der Getriebewelle 25 bewegt sich der Abtrieb um einen
Kurvenabschnitt an den feststehenden Zylinderstiften 30 weiter. So wird die Ausgangsdrehzahl der Getriebewelle 25 des Getriebes 24 reduziert und gleichzeitig das Drehmoment der Mitnehmerscheibe 28 erhöht.
Die Mitnehmerscheibe 28 weist, wie in Figur 1 gezeigt, einen konzentrischen Lagersitz 33 für ein erstes Zahnrad 34 auf. Das erste Zahnrad 34 ist drehfest mit der Mitnehmerscheibe 28 und der durchsetzenden Ritzelwelle 6
verbunden, so dass die Mitnehmerscheibe 28 die Ritzelwelle 6 mittelbar antreibt. Zudem kämmt das erste Zahnrad 34 ein zweites Zahnrad 35, welches drehfest ein zweites Ritzel 36 an einem antriebsnahen Ende umgibt. Die Ritzelwelle 6 weist an ihrem antriebsfernen Ende ein erstes Ritzel 37 auf, welches mit dem zweiten Ritzel 36 über die beiden Zahnräder 34, 35 an ihren antriebsnahen Enden zu einer gegensinnigen Drehung mechanisch
zwangsgekoppelt ist. Figur 6 zeigt die Ritzel 37, 36 und deren Eingriff in die Zahnstange 40 in einer Detailansicht. Die beabstandeten parallel ausgerichteten Ritzel 37, 36 stehen gegenüberliegend im Eingriff mit jeweils einem Zahnstangensegment 38, 39 auf einer Zahnstange 40, wobei die Zahnstangensegmente 38, 39 sich an der Zahnstange 40 bezüglich der Längsachse gegenüber liegen. Die Zahnstange 40 ist in einem Lenkgehäuse 41 senkrecht zur Längsachse 3 der Eingangswelle 4 gelagert.
Bei der Montage wird die Eingangswelle 4, die Ritzelwelle 6 und der Motor 1 ins Motorgehäuse 2 eingesetzt, wobei ein Deckel 42 das Motorgehäuse 2 in Richtung der Lenkwelle auf Höhe des ersten Vorsprunges 13 der Eingangswelle 4 abschließt. Die Eingangswelle 4 durchsetzt dabei den Deckel 42 (siehe Figur 1). Weiterhin sind die Eingangswelle 4 und der Rotor 22 drehbar im
Motorgehäuse 2 durch entsprechende Lager 43 gelagert. Danach werden die Getriebewelle 25 und das Getriebe 24 montiert. Anschließend wird das aktive erste Zahnrad 34 des ersten Ritzels 37 auf eine Verzahnung 44 des ersten Ritzels 37 mit Passung aufgesetzt und mit der Außenseite drehfest in die Mitnehmerscheibe 28 eingesetzt. Das passive zweite Zahnrad 35 wird bei der Montage spielfrei in Eingriff mit dem aktiven ersten Zahnrad 34 gebracht. Dazu weist das passive zweite Ritzel 36 eine Kerbverzahnung und in Richtung des Antriebs 1 einen kurzen zylindrischen Absatz auf. Das passive zweite Zahnrad 35 hat einen Innendurchmesser der zu dem zylindrischen Absatz eine Spielpassung aufweist. Bei der Montage wird das aktive Zahnrad 34 auf den zylindrischen Teil aufgesetzt und das passive Zahnrad 35 zum aktiven Zahnrad 34 spielfrei in Eingriff gebracht. Nach dem die spielfreie Position gefunden ist, wird das passive Zahnrad 35 auf die Kerbverzahnung gepresst, wobei es zu einer formschlüssigen Verbindung kommt, die so ausgelegt ist, dass die anfallenden Momente übertragen werden können. Weiterhin werden die beiden Ritzel 37, 36 mit der Zahnstange 40 spielfrei in Eingriff gebracht, bevor das Lenkgehäuse 41 mit dem Motorgehäuse 2 in Längsrichtung in Anlage gebracht und mittels Befestigungsmittel verbunden wird .
Das mit dem Motorgehäuse 2 verbundene Lenkgehäuse 41 umgibt das
Getriebe 24 und die beiden Ritzel 37, 36, sowie die Zahnstange 40. Im Bereich der beiden Ritzel 37, 36 ist das Lenkgehäuse 41 in Längsrichtung konzentrisch zur Zahnstangenmitte ausgebildet. Zum Getriebe 24 hin verbreitert sich das Lenkgehäuse 41, wobei ein erster Absatz 45 auf Höhe der Zahnräder 34, 35 und ein zweiter Absatz 46 auf Höhe des Getriebes 24 angeordnet ist. Durch die azentrische Lage der Zahnstange 40 in Bezug auf die Längsachse 3 der Eingangswelle 4 bzw. der Ritzelwelle 6 ist das Lenkgehäuse 41 im Bereich des Getriebes 24 nicht rotationssymmetrisch um die Längsachse 3 ausgebildet. Daher weist das Getriebe 24 zur Lagesicherung im Lenkgehäuse 40 eine Verdrehsicherung in Form einer Nase 47 auf (siehe auch Figur 5). Des
Weiteren sind die Ritzel 37, 36 gegenüber dem Lenkgehäuse 41 jeweils an beiden Enden drehbar gelagert. Weiterhin weist das Lenkgehäuse 41 im
Bereich eines antriebsfernen Lagers 48 des zweiten Ritzels 36 eine mit einem Verschlussdeckel 49 geschlossene Öffnung 50 auf.
Das Lenkgehäuse 41 ist bevorzugt aus Aluminium oder Magnesium hergestellt.
In einer weiteren Ausführungsform weist das zweite Ritzel am antriebsfernen Lager eine Lageranordnung mit zwei Hülsen auf, wobei die außenliegende Hülse eine Führung und die innenliegende Hülse ein Schiebestück bildet. Das Schiebestück ist entlang von schrägen Führungsflächen verschiebbar angeordnet, so dass beim Verschieben des Schiebestücks das Ritzel auf den Eingriff Ritzel/Zahnstange zustellbar ist. Zur Vorspannung und Einstellung des Spiels ist eine Feder zwischen den Hülsen und dem als Stellschraube
ausgebildeten Verschlussdeckel vorgesehen.
In einer anderen Ausführungsform ist es denkbar, dass das koaxiale Getriebe als Planetengetriebe oder sonstiges Exzentergetriebe bzw. untersetzendes Getriebe ausgeführt ist.
Weiterhin ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Drehachsen der beiden sich gegenüberliegenden Ritzel in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sind und die beiden Zahnstangensegmente, die sich an der
Zahnstange bezüglich der Längsachse gegenüber liegen, in zueinander geneigten Ebenen angeordnet sind, weil auf diese Weise eine Spielfreiheit der Verzahnungseingriffe durch eine Vorspannung der Zahnstange in den eingeschlossenen Winkel hinein erzielt werden kann. In einer anderen Ausführungsform ist bevorzugt vorgesehen, dass die Ritzel zueinander in Längsrichtung der Zahnstange einen Versatz aufweisen, so dass Bauraum bei gleichbleibender Kopplungsbreite der Ritzel eingespart werden kann.
Kommt es bei dem erfindungsgemäßen Lenkgetriebe zu einer Lenkbewegung am Lenkrad detektiert der Drehstab eine Verdrehung der Lenkwelle gegenüber der Ritzelwelle. Das dadurch ausgelöste Signal steuert den Elektromotor, der die Ritzelwelle über das mit dem Rotor angetriebene Getriebe antreibt. Das koaxiale Getriebe überträgt die reduzierte Ausgangsdrehzahl der Getriebewelle auf das aktive erste Ritzel. Durch die zwangsmechanische Kopplung des ersten Ritzels mit dem zweiten Ritzel wird die Zahnstange von gegenüberliegenden Seiten zu einer Längsverschiebung angetrieben, was eine Verschwenkung der gelenkten Räder erwirkt. Die durch den Servomotor erzeugte Lenkhilfskraft wird somit über zwei Ritzel in die Zahnstange eingeleitet.
Durch die Konstruktion eines die Eingangswelle umgebenden
Hohlwellenmotors fällt der Servoantrieb sehr kompakt aus, da neben dem Platz für die Welle kein zusätzlicher Platz für deren Antrieb benötigt wird.
Weiterhin kann durch die Anordnung der Ritzel im Bezug auf die Zahnstange auf ein Druckstück verzichtet werden.
Das erfindungsgemäße Lenkgetriebe weist bevorzugte kompakte
Abmessungen auf und stellt dennoch die für schwere Kraftfahrzeuge
erforderlichen Lenkhilfskräfte zur Verfügung.
Bezugszeichenliste
Hohlwellenmotor
Motorgehäuse
Längsachse
Eingangswelle
Drehstab
Ritzelwelle
Bohrung
Ausnehmung
Erster Absatz
Zweiter Absatz
Dritte Absatz
Nadellager
Erster Vorsprung
Zweiter Vorsprung
Drehwinkelsensor
Drehwinkelsensor
Magnetring
Magnetring
Sensorelement
Sensorelement
Stator
Rotor
Magnet
Getriebe
Getriebewelle
Kurvenscheibe
Kurvenscheibe
Mitnehmerscheibe
Mitnehmerstifte Zylinderstifte
Exzenter
Lagerhülse
Lagersitz
Erstes Zahnrad
Zweites Zahnrad
Zweites Ritzel
Erstes Ritzel
Zahnstangensegment
Zahnstangensegment
Zahnstange
Lenkgehäuse
Deckel
Lager
Verzahnung
Erster Absatz
Zweiter Absatz
Nase
Lager
Verschlussdeckel
Öffnung

Claims

Patentansprüche
1. Lenkgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem
Lenkungsgehäuse (41), in dem eine Zahnstange (40) längsverschiebbar gelagert und zur Verschwenkung von lenkbaren Rädern mit diesen verbunden ist, wobei die Zahnstange (40) mit einem ersten Zahnsegment (38) versehen ist, welches mit einem ersten Ritzel (37) einer Ritzelwelle (6) kämmt und wobei die Ritzelwelle (6) über eine Eingangswelle mittelbar mit einem Lenkrad verbunden ist, wobei die Zahnstange (40) ein zweites Zahnsegment (39) aufweist, das dem ersten Zahnsegment (38) bezüglich der Längsachse der Zahnstange (40) gegenüber liegt, und dass ein zweites Ritzel (36) vorgesehen ist, das mit dem zweiten
Zahnsegment (38) in Eingriff steht, wobei ein Elektromotor vorgesehen ist, der das mit dem zweiten Ritzel (36) zu einer gegensinnigen Drehung mechanisch zwangsgekoppelte erste Ritzel (37) mittelbar antreibt
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der
Elektromotor als Hohlwellenmotor (1) ausgebildet ist, der die
Eingangswelle (4) und/oder die Ritzelwelle (6) zumindest in einem
Wellenabschnitt teilweise umgibt.
2. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlwellenmotor (1) eine Getriebewelle (25) antreibt, die über ein
Getriebe (24) mit der Ritzelwelle (6) verbunden ist.
3. Lenkgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehwinkelsensor (15) auf der Eingangswelle (4) und ein
Drehwinkelsensor (16) auf der Ritzelwelle (6) vorgesehen sind.
4. Lenkgetriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (24) ein Untersetzungsgetriebe ist.
5. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Ritzel (37, 36) schräg gegenüberliegend der Zahnstange (40) angeordnet sind, wobei die Ebene, die die Ritzel (37, 36) aufspannen die Längsachse der Zahnstange (40) unter einem Neigungswinkel kleiner als 90° schneidet.
6. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die mechanische Kopplung der beiden Ritzel (37, 36) über Zahnräder erfolgt.
7. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Drehachsen der beiden sich gegenüber liegenden Ritzel (37, 36) in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sind .
8. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Zahnsegmente (38, 39) in zueinander geneigten Ebenen angeordnet sind.
9. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen der beiden sich gegenüber liegenden Ritzel (37, 36) parallel zueinander angeordnet sind.
10. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das antriebsferne Lager (47) des zweiten Ritzels (36) eine Lageranordnung zum Einstellen des Spiels des Eingriffs
Ritzel/Zahnstange aufweist.
EP14729670.1A 2013-06-21 2014-06-13 Doppelritzel-lenkgetriebe mit hohlwellenmotor Withdrawn EP3010783A1 (de)

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