WO2002009998A1

WO2002009998A1 - Betätigungseinrichtung einer fahrzeug - lenkvorrichtung

Info

Publication number: WO2002009998A1
Application number: PCT/EP2001/008116
Authority: WO
Inventors: Klaus Bundschu; Andreas Kruttschnitt
Original assignee: Zf Lenksysteme Gmbh
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2001-07-13
Publication date: 2002-02-07
Also published as: DE10036937A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein spielfreies Planetenradgetriebe (1), insbesondere für eine Betätigungseinrichtung einer Fahrzeug - Lenkvorrichtung, die als Planetenradgetriebe ausgeführt ist mit mindestens zwei Stufenplaneten (2, 7), deren jeweils zwei miteinander verbundenen Planetenräder (4, 5 und 9, 10) ständig mit anderen Zahnrädern des Planetenradgetriebes (1), die mit Innen- bzw. Aussenverzahnung ausgestattet sind, in einem verzahnten Eingriff stehen, wobei das Planetenradgetriebe (1) mindestens einen starren Stufenplaneten (2) und mindestens einen drehelastischen, vorgespannten Stufenplaneten (7) aufweist.

Description

Betätigungseinrichtung einer Fahrzeug - Lenkvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung einer Fahrzeug - Lenkvorrichtung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine aus der DE 197 23 358 A 1 bekannte Betätigungseinrichtung für Fahrzeug - Lenkvorrichtungen dient der überlagerten Drehwinkel Übertragung von zwei Getriebeeingängen. Während der eine Getriebeeingang von einem Lenkhandrad und der andere von einem Motor beaufschlagt wird, ist der Getriebeausgang mit dem Lenkgetriebe verbundenen. Die Betätigungseinrichtung ist als Planetenradgetriebe ausgebildet, wobei dessen Sonnenradnabe den Getriebeausgang und dessen zur Sonnenradnabe koaxiale Sonnenradhülse den ersten Getriebeeingang bildet. Der zweite Getriebeeingang wird aus einem zu dieser Sonnenradnabe und der Son- nenradhülse konzentrischen Planetenradträger, der Planetenräder trägt, gebildet. Von den Planetenrädern des Planetenradträgers sind jeweils zwei miteinander drehfest verbunden und koaxial um eine im Planetenradträger festgelegte Achse drehbar und im ständigen Eingriff mit Sonnenradnabe und Sonnenradhülse.

Bei Zahnradgetrieben, wie auch bei mit Zahnrädern betriebenen Planeten- radgetrieben, treten herstellungsbedingte Toleranzen, wie Zahndickenabmaß, Flankenformfehler, Rundlauffehler, Teilungsfehler und Achsabstands- abweichungen auf. Um ein Klemmen der Getrieberäder zu vermeiden, muß zwischen den Flanken daher stets ein Spiel vorhanden sein. Dieses Zahnflankenspiel ist bei Anwendungen, wie der Betätigungseinrichtung für Fahrzeug - Lenkvorrichtungen störend, da dort bis zu einem definierten Moment eine Spielfreiheit in beide Drehrichtungen erforderlich ist. Ein Planetenzahnradgetriebe mit Mitteln zur Beseitigung des störenden Zahnflankenspiels ist in der DE 197 57 433 A1 beschrieben. Dieses Planetenzahnradgetriebe weist ein Hohlrad, ein Ritzel und einen Umlaufträger mit gleichzeitig in dem Hohlrad und dem Ritzel kämmenden Planetenrä- dem auf. Von ihrer Breite her sind Hohlrad und Ritzel jeweils größer als die Breite des mit ihnen im Eingriff stehenden Planetenrades. Diese überschüssige Breite ist dem kämmenden Planetenrad jeweils so zugeordnet, daß sie jeweils auf einer Seite des Planetenrades übersteht. Dabei überragt das Ritzel eine Stirnseite des Planetenrades, die derjenigen gegenüberliegt, an der die überschüssige Breite des Hohlrades das Planetenrad überragt. Auf beiden Stirnseiten des Planetenrades ist ein achsgleich mit dem Planetenrad drehbares Zusatzzahnrad, welches jeweils gegenüber dem Planetenrad drehelastisch verspannt ist, gelagert. Durch die vorstehend beschriebene Zahnbreiten-Ausbildung ist es möglich, daß von den Zusatzzahnrädern ei- nes allein mit dem Ritzel und das andere allein mit dem Hohlrad in einem verzahnten Eingriff steht, so daß ein Zusatzzahnrad als radial innen spannendes, während das andere als radial außen spannendes Zusatzzahnrad wirkt.

Diese Lösung erfordert einen verhältnismäßig hohen Bauaufwand, bei den speziellen Zusatzzahnrädern und deren Anordnung zu der Zahnbreiten- Ausbildung von Ritzel und Hohlrad des Planetenradgetriebes.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Lösung liegt das Problem zugrun- de, eine als spielfreies Planetenradgetriebe ausgeführte Betätigungseinrichtung der eingangs angegebenen Art zu konzipieren, bei welchem die Spielfreiheit durch betriebssichere und baulich einfache Mittel realisiert wird. Das Problem wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmalen gelöst, indem das Planetenradgetriebe minde- stens einen starren und mindestens einen drehelastischen, vorgespannten Stufenplaneten aufweist. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit dem drehelastischen Stufenplaneten, der bei Verschleiß selbstnachstellend ist, das Gesamtspiel eines Planetenradgetriebes ohne Verstellung des Achsabstandes kompensiert wird, wobei die Lö- sung einfach, preiswert und kleinbauend ist. Dabei kann die erfinderische Lösung bei Schrägverzahnung und Gradverzahnung der Zahnräder des Planetenradgetriebes zur Anwendung kommen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiele der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein spielfreies zweistufig übersetzendes Planetenradgetriebe im Längsschnitt;

Fig. 2 ein spielfreies Planetenradgetriebe als Betätigungseinrichtung für eine Fahrzeug - Lenkvorrichtung;

Fig. 3 eine Steifigkeitskennlinie eines erfindungsgemäßen Planeten- radgetriebes.

Im Wesentlichen gleiche Teile in den unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In der Zeichnung ist eine als Planetenradgetriebe 1 konzipierte Betätigungseinrichtung mit zwei Stufenplaneten 2, 7 dargestellt. Diese Stufenplaneten 2, 7 sind über Wälzlager 21 in einem Planetenradträger 6 gehalten und tragen jeweils zwei Planetenräder 4, 5 und 9, 10, die paarweise miteinander verbunden sind. Während die Planetenräder 4, 5 des einen Stufenplaneten 2 durch eine Welle 3 starr verbunden sind, ist die zweite Welle 8 als Drehstab(-feder) ausgebildet und läßt eine elastische Verdrehung der durch sie getragenen Planetenräder 9, 10 zu. Die Planetenräder 4, 5 und 9, 10 der Stufenplaneten 2, 7 stehen im ständigen verzahnten Eingriff mit zwei Sonnenrädern 11 , 12 . Eines dieser Sonnenräder 1 1 , 12 ist mit den Getriebeeingang 14 verbunden, während das andere dem Getriebeausgang 19 zugeordnet ist. Montageseitig wird die als Drehstab ausgebildete Welle 8 des drehelastischen Stufenplaneten 7 um einen vorbestimmten Drehwinkel vorgespannt, so daß das Rückfedermoment auf beide Planetenräder 9, 10 wirkt. Diese legen sich mit ihren Zahnflanken an die jeweils mit ihnen im verzahnten Eingriff stehenden Zahnflanken der Son- nenräder 1 1 , 12 an und üben eine Kraft auf diese aus. Diese Kraft erzeugt ein Drehmoment, das die Sonnenräder 1 1 , 12 solange verdreht, bis sie wiederum an den Zahnflanken der Planetenräder 4, 5 des starren Stufenplaneten 2 anliegen. Als Ergebnis dieses Vorspannens des Drehstabes lie- gen alle im Eingriff befindlichen Zahnflanken federnd aneinander an, so daß bis zu einem definierten Drehmoment das Gesamtspiel des Planeten- radgetriebes kompensiert wird. Je nach Drehrichtung erfolgt die Kraftübertragung über den starren oder den drehelastischen Stufenplaneten 2 oder 7. Eine Steifigkeitskennlinie eines erfindungsgemäßen Planetenradgetriebes 1 ist in der Fig. 3 dargestellt.

Ein Planetenradgetriebe mit der beschriebenen Funktionalität kann auch derart ausgebildet sein, daß die Planetenräder der Stufenplaneten in zwei Hohlräder oder ein Hohlrad und ein Sonnenrad kämmend eingreifen. Ebenso ist das Funktionsprinzip auf zusammengesetzte Planetenradgetriebe anwendbar.

In einem nicht dargestellten Anwendungsfall wird die Kompensierung des Gesamtspiels des Planetenradgetriebes erreicht, indem die an sich starre Welle des drehelastischen Stufenplaneten zwei Planetenräder aufnimmt, von denen mindestens eins drehbar und ohne Axialspiel auf der Welle gelagert ist. Auf dieser Welle ist eine Drehfeder, beispielhaft eine Schraubenoder Schenkelfeder, angeordnet, die beide Planetenräder derart verbindet, daß sie federnd relativ zueinander verdrehbar sind.

Ebenfalls nicht dargestellt ist die Ausstattung des drehelastischen Stufenplaneten mit einer als Anschlag wirkenden Klauenkupplung, die den Verdrehwinkel in beide Drehrichtungen begrenzt, so daß der drehelastische Stufenplanet im Falle einer übermäßigen Belastung des Planetenradgetrie- bes einen Anteil des zu übertragenden Drehmomentes aufnimmt.

Um montageseitig das Vorspannen des drehelastischen Stufenplaneten 7 zu erleichtern, sind an der gehäuseaußenseitigen wellenstumpfartigen Verlängerung dieses Stufenplaneten 7 Werkzeugangriffsflächen 13 inte- griert. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Planetenradgetriebe 1 , das als übersetzendes zweistufiges Getriebe ausgebildet ist. Die Stufenplaneten 2, 7 ermöglichen je nach Art der Getriebestufung eine Eingangsdrehzahl bei geräuscharmen Lauf und spielfrei in beide Drehrichtungen zu reduzieren oder zu erhöhen. Diese Ausführung eröffnet die Anwendung des Planetenradgetriebes 1 in allen Bereichen des Maschinenbzw. Fahrzeugbaues, in denen ab- oder hochgestufte Drehzahlen benötigt werden.

In Fig. 2 ist ein bevorzugter Anwendungsfall des Planetenradgetriebes 1 in einer Fahrzeug - Lenkvorrichtung, speziell ein Längsschnitt einer als Überlagerungsgetriebe ausgeführten Betätigungseinrichtung einer servounter- stützten Lenkeinrichtung, zu sehen.

Im Unterschied zu dem in Fig. 1 ausgeführten Anwendungsfall ist hier ein zweiter Getriebeeingang 15, 16, hier als Schnecke 15 und Schneckenrad 16 zu erkennen, integriert. Das Schneckenrad 16 ist mit dem Planetenradträger 6 verbunden. Lenkhandrad 18, der Stellmotor 17 sowie das Lenkgetriebe 20 sind nur symbolisch als Blöcke dargestellt. Der vom Fahrer in das Lenkhandrad 18 eingeleitete Drehwinkel wird über den ersten Getriebeeingang 14 und das Sonnenrad 1 1 eingeleitet. Eine mit dem Sonnenrad 12 drehfest verbundener Getriebeausgang 19 ist über das Lenkgetriebe 20 mit den Fahrzeuglenkrädern verbunden. Eine nicht dargestellte Regeleinheit, die über Sensoren die Verstellung des Lenkwinkels und ggf. andere die Lenkcharakteristik beeinflussende Kennwerte erfaßt, aktiviert den Stellmotor 17, der auf den zweiten Getriebeeingang 15, 16 und damit auf den Planetenradträger 6 wirkt. Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Getriebeeingang 14 und dem Getriebeausgang 19 wird nun durch die Drehrichtung und die Drehgeschwindigkeit des Stellmotors 17, durch Überlagerung des über das Lenkhandrad 18 eingeleiteten Drehwinkels, bestimmt. Ein Planetenradgetriebe 1 der angegebenen Art ist jederzeit auch in anderen Lenkeinrichtungen, z. B. einer mechanischen Lenkeinrichtung ohne Lenkunterstützung, einsetzbar.

Claims

Patentansprüche

1. Betätigungseinrichtung einer Fahrzeug - Lenkvorrichtung, die als spielfreies Planetengetriebe ausgeführt ist, mit mindestens zwei

Stufenplaneten, deren jeweils zwei miteinander verbundenen Planetenräder ständig mit anderen Zahnrädern des Planetenradgetriebes, die mit Innen- bzw. Außenverzahnung ausgestattet sind, in einem verzahnten Eingriff stehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetenradgetriebe (1) mindestens einen starren Stufenplaneten (2) und mindestens einen drehelastischen und vorgespannten Stufenplaneten (7) aufweist.

2. Betätigungseinrichtung für eine Fahrzeug- Lenkvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder (4,

5 und 9, 10) der Stufenplaneten (2 und 7) jeweils durch eine Welle (3 oder 8) verbunden sind und daß die Welle (8), die beide Planetenräder (9, 10) des drehelastischen Stufenplaneten (7) miteinander verbindet, als Drehstabfeder ausgebildet ist.

3. Betätigungseinrichtung für eine Fahrzeug- Lenkvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (8) des drehelastischen Stufenplaneten (7) zwei Planetenräder (9, 10) aufnimmt von denen mindestens eins drehbar und axialspielfrei auf der Welle (8) gelagert ist, wobei diese Welle (8) eine Drehfeder aufnimmt, die beide Planetenräder (9, 10) derart verbindet, daß sie federnd relativ zueinander verdrehbar sind.

4. Betätigungseinrichtung für eine Fahrzeug- Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Welle (8) und/oder den Planetenrädern (9, 10) des drehelastischen Stufenplaneten (7) mindestens ein, den Verdrehwinkel der Planetenräder (9, 10) zueinander in beide Drehrichtungen begrenzender Anschlag integriert ist.

5. Betätigungseinrichtung für eine Fahrzeug- Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenplanet (7) gehäuseaußenseitig Werkzeugangriffsflächen (13) aufweist.