Titel

Übertragungsgetriebe für eine Lenkeinrichtung

Die Erfindung betrifft ein Übertragungsgetriebe für eine Lenkeinrichtung und eine solche Lenkeinrichtung, die in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommt.

Stand der Technik

Eine Lenkeinrichtung bzw. Lenkung ist eine in Fahrzeugen eingesetzte Einrich tung, die zur Beeinflussung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs dient. Üblicher weise wird bei dieser ein von einem Fahrer über ein Lenkrad aufgebrachtes Handmoment so übertragen, dass Räder des Fahrzeugs entsprechend dem Fahrerwunsch angelenkt werden und damit das Fahrzeug gesteuert wird.

In Lenkungen werden Lenkgetriebe, die auch als Übertragungsgetriebe bezeich net werden, eingesetzt. Diese übertragen als Teil der Lenkung eine Drehbewe gung des Lenkrads in eine translatorische Bewegung der Spurstangen der Len kung.

Heute eingesetzte Übertragungsgetriebe in Lenkungen, die auch als Lenkgetrie be bezeichnet werden, teilen sich in Kugelumlaufgetriebe und Schneckenrad- bzw. Schraubradgetriebe auf. Diese Getriebe kommen insbesondere bei EPSdp (Servoeinheit an einem zweiten Ritzel) und EPSc (Servoeinheit an der Lenksäu le) Anwendungen zum Einsatz und benötigen zum Einsatz im Lenkgetriebe viele Ausgleichselemente, um die Funktion hinsichtlich Akustik, Haptik und Lebens dauer zu erfüllen. Übertragungsgetriebe können dazu eingesetzt werden, das von einer Lenkhandhabe, bspw. einem Lenkrad, aufgebrachte Handmoment und das von einem Servomotor aufgebrachte Hilfsmoment bspw. auf eine Zahnstan ge bei einer Zahnstangenlenkung zu übertragen. Die Druckschrift EP 1 006 040 Bl beschreibt eine Fahrzeuglenkvorrichtung zum Drehen lenkbarer Räder eines Fahrzeugs. Die Vorrichtung umfasst ein manuell drehbares Eingabeglied und ein Ausgangsglied, die über eine Torsionsstange miteinander verbunden sind. Es ist weiterhin ein Elektromotor vorgesehen, des sen Antriebskraft über ineinandergreifende Zahnräder auf das Ausgangsglied übertragen wird. Diese Zahnräder sind als Spiroid- bzw. Schneckenradsatz aus gebildet.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund werden ein Übertragungsgetriebe nach Anspruch 1 und eine Lenkeinrichtung mit mindestens einem solchen Übertragungsgetriebe ge mäß Anspruch 10 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhän gigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.

Das vorgestellte Übertragungsgetriebe weist ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad auf, die zum Übertragen eines Moments Zusammenwirken, wobei das Moment über das erste Zahnrad einzuleiten ist und von dem zweiten Zahnrad auf ein Antriebsritzel für eine Zahnstange zu übertragen ist. Eine Längsachse des zweiten Zahnrads definiert dabei eine axiale Richtung. Das erste Zahnrad ist als Schnecke mit planparallelem Durchmesser ausgebildet. Das zweite Zahnrad ist als Hypoid-Rad ausgebildet ist, das durch eine Zykloid-Bewegung um einen Punkt P hergestellt ist, der versetzt zu einer Längsachse des zweiten Zahnrads ist.

Weiterhin sind das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad achsversetzt zueinan der angeordnet. Achsversetzt bedeutet, dass die Achse des ersten Zahnrads, ty pischerweise die Drehachse des ersten Zahnrads, nicht in Flucht zu einer Achse des zweiten Zahnrads liegt. Dies wird nachstehend in Verbindung mit Figur 9 nä her erläutert.

Das zweite Zahnrad kann als Kegelrad ausgebildet sein. Bei einem Kegelrad ver laufen die Achsen nicht parallel zueinander, sondern schneiden sich. Die Grund form des Kegelrads ist ein Kegelstumpf, dessen Mantelfläche verzahnt ist. Die Zähne verlaufen regelmäßig gerade in Richtung der Mantellinien. Beim soge nannten Hypoid-Rad verlaufen diese hingegen bogenförmig. Das sogenannte Hypoid-Getriebe kann eine Abwandlung des Kegelradgetriebes darstellen. Bei diesem sind die Achsen von Antriebs- und Tellerrad versetzt, schneiden sich folglich nicht.

Eine Zykloide, die auch als zyklische Kurve bezeichnet wird, ist die Bahn, die ein Kreispunkt beim Abrollen eines Kreises auf einer Leitkurve beschreibt. In Zyk loidgetrieben folgt die Kontur der Kurvenscheiben äquidistant einer Zykloide.

Das vorgestellte Übertragungsgetriebe ist als Hypoid-Getriebe ausgebildet und umfasst in Ausgestaltung ein Kegelrad, das als Hypoid-Rad ausgebildet ist, so wie eine Schnecke, die planparallel ausgebildet ist, d. h. die Schnecke hat einen planparallelen Durchmesser. Dies bedeutet, dass der Durchmesser konstant ist und die Schnecke sich nicht verjüngt.

Eine derartige Schnecke ist einfach herzustellen und ermöglicht eine gleichmäßi ge Übertragung der Kraft in einem großen Kraftbereich. Somit wird auch eine ge ringe Beanspruchung der Bauteile ermöglicht.

Die vorgestellte Lenkeinrichtung umfasst typischerweise eine Lenkhandhabe, bspw. ein Lenkrad, zum Anlenken von Rädern sowie zumindest ein Überset zungsgetriebe der beschriebenen Art. Das oder die Übertragungsgetriebe kön nen dann zum Übertragen eines über die Lenkhandhabe aufgebrachten Hand moments und/oder zum Übertragen eines durch einen Servomotor aufgebrach ten Hilfsmoments eingesetzt werden.

Das beschriebene Übertragungsgetriebe stellt in Ausgestaltung eine Art eines Kegelradgetriebes dar. Kegelradgetriebe, die auch als Winkelgetriebe bezeichnet werden, dienen zum Übertragen von Drehbewegungen und Drehmomenten. Sol che Kegelradgetriebe umfassen grundsätzlich An- und Abtriebswellen, deren Achsen üblicherweise einen gemeinsamen Schnittpunkt besitzen. Die Kraftüber tragung erfolgt bei diesen typischerweise durch Kegelräder. Liegt jedoch ein Achsversatz vor, so wird dies als Hypoid-Getriebe bezeichnet. Bei Hypoid- Kegelradgetrieben begünstigen die damit verbundene Wälz- und Gleitbewegung höhere Übersetzungsverhältnisse und damit bessere Wirkungsgrade.

In Kegelradgetrieben kommen bspw. geradverzahnte Kegelräder, schrägver zahnte Kegelräder oder bogenverzahnte Kegelräder zum Einsatz. Bogenver zahnte Kegelräder sind bspw. Spiralkegelräder und Hypoid- Kegelräder.

Hypoid-Kegelräder sind eine Form der Spiralkegelräder. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass die Ritzel- und Tellerradachsen nicht in einem Punkt zusam menlaufen. Dies bedeutet, dass die Ritzelachse gegenüber der Radachse in der Höhe versetzt ist. Dieser Versatz wird als Achsversetzung bezeichnet.

Durch die Achsversetzung hat das Ritzel einen größeren Spiralwinkel als das Tellerrad. Der sich aus dem größeren Spiralwinkel ergebende größere Stirnmo dul bewirkt eine Vergrößerung des Teilkreisdurchmessers des Hypoid-Ritzels. Daraus ergibt sich eine höhere Belastbarkeit eines Hypoid-Getriebes gegenüber einem Spiralkegelradsatz. Daher verringern sich die Flächenpressungen auf den Zähnen. Durch die Vergrößerung des Spiralwinkels des Ritzels wird der Überde ckungsgrad der Verzahnung erhöht. Somit können bei gleichen Abmessungen höhere Übersetzungen als bei Spiralverzahnungen verwirklicht werden.

Das beschriebene Übertragungsgetriebe zeichnet sich dadurch aus, dass anstel le einer Schneckenrad-Schnecke-Verzahnung ein Hypoid-Rad mit einer Schne cke kombiniert wird. Dies hat zur Folge, dass eine seitliche, also eine axiale an statt einer radialen Eingriffssituation der kämmenden Räder erreicht wird. Außer dem kann eine Achsversatz-Verschiebung ohne Korrektur der Verzahnung vor genommen und somit Einbauraum eingespart werden.

Das vorgestellte Übertragungsgetriebe ermöglicht einen größeren Kraftbereich und damit einen weiteren Einsatzbereich der eingesetzten Verzahnungen. Wei terhin kann ein kleinerer Bauraum durch eine geänderte Anordnung der Kompo nenten des Übertragungsgetriebes erreicht werden. Aufgrund einer veränderten Berührungsart in den Verzahnungsparametern wird in der beschriebenen Lenk einrichtung eine geringere Reibung erreicht. Zudem ist es möglich, weniger zu sätzliche Ausgleichselemente einzusetzen. Zu beachten ist, dass durch die geänderte Verzahnungsform der Verzahnungs eingriff nicht mehr radial auf dem treibenden Zahnrad eingesetzt, sondern in axialer Richtung realisiert. Das hat zur Folge, dass eine größere Überdeckung und damit eine größere Kraftübertragung ermöglicht wird. Durch die Verwendung eines axialen Eingriffs kann mit einer Modifikation der Achslage die Lage des Eingriffs gesteuert werden. Auf diese Weise wird es möglich, den Bauraum klei ner zu gestalten. Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass beim Einsatz von Kunststoffen eine Machbarkeit mit dieser Verzahnung einfacher als bisher um setzbar wird.

Das vorgestellte Übertragungsgetriebe kann überall da eingesetzt werden, wo Schraubradgetriebe oder Schneckenradgetriebe zum Einsatz kommen. Dies ist bspw. bei EPSdp, EPSp (zahnstangenbasiertes Lenksystem) und EPSc der Fall.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Be schreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son dern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, oh ne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt eine Lenkeinrichtung nach dem Stand der Technik.

Figur 2 zeigt ein Detail aus Figur 1.

Figur 3 zeigt ein Übertragungsgetriebe nach dem Stand der Technik.

Figur 4 zeigt eine Ausführung des vorgestellten Übertragungsgetriebes.

Figur 5 zeigt in einem Schnittbild ein Übertragungsgetriebe. Figur 6 zeigt eine Ausführung eines Hypoid-Rades.

Figur 7 zeigt in schematischer Darstellung ein Hypoid-Rad und eine Schnecke.

Figur 8 zeigt in schematischer Darstellung das Hypoid-Rad und die Schnecke aus Figur 7, die ineinandergreifen.

Figur 9 zeigt noch eine Ausführung des beschriebenen Übertragungsgetriebes. Figur 10 zeigt eine weitere Ausführungsform des Übertragungsgetriebes. Ausführungsformen der Erfindung

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schema tisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.

Figur 1 zeigt eine bekannte Lenkeinrichtung, die insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt eine Zahnstange 12, einen Lenkschaft 14, der zu einer Lenkhandhabe (nicht dargestellt) führt, einen Servomotor 16 und ein Übertragungsgetriebe 18. Dieses Übertragungsgetriebe 18 überträgt das vom Servomotor 16 bereitgestellte Hilfsmoment auf die Zahnstange 12. Das Übertra gungsgetriebe 18 überträgt dabei eine Drehbewegung, die wiederum in eine translatorische Bewegung der Zahnstange 12 übersetzt wird.

Das in Figur 1 dargestellte Übertragungsgetriebe 18 ist in Figur 2 vergrößert wie dergegeben. Die Darstellung zeigt eine Schnecke 30, über die das Moment des Servomotors eingeleitet wird. Die Schnecke 30 wirkt mit einem Kegelrad 32 zu sammen, das wiederum typischerweise über ein Antriebsritzel die Zahnstange translatorisch bewegt.

Die vorstehend beschriebene Funktionsweise ist auch bei dem Übertragungsge triebe, wie dieses hierin vorgestellt wird, gegeben. Auf diese Funktionsweise wird bei dem vorgestellten Übertragungsgetriebe Bezug genommen. Das Übertragungsgetriebe 18 der Figur 2 verfügt über zwei Ausgleichselemente 34, die als Anfederung dienen und an der Schnecke 30 und damit an dem Ele ment, das die vom Servomotor aufgebrachte Kraft bzw. das aufgebrachte Mo ment in das Übertragungsgetriebe 18 einleitet, angreifen. Diese Anfederung hat jedoch die eingangs genannten Nachteile.

Figur 3 zeigt ein Übertragungsgetriebe nach dem Stand der Technik, das insge samt mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet ist. Dieses Übertragungsgetriebe weist ein Hypoid-Rad 52 und ein weiteres Zahnrad 54 auf, die für eine Kraftübertra gung Zusammenwirken. Zu beachten ist, dass das weitere Zahnrad 54 als kege liges Zahnrad ausgebildet ist.

Figur 4 zeigt eine Ausführung des vorgestellten Übertragungsgetriebes, die ins gesamt mit der Bezugsziffer 60 bezeichnet ist. Dieses Übertragungsgetriebe 60 umfasst ein Hypoid-Rad 62 und eine Schnecke 64, die einen planparallelen Durchmesser hat. Dies bedeutet, dass der Durchmesser der Schecke 64 kon stant ist und diese nicht eine kegelige Form wie das Zahnrad 54 aus Figur 3 hat. Die besondere Ausgestaltung des Hypoid-Rads 62 ermöglicht den Einsatz einer solchen Schnecke 64.

Figur 5 zeigt in einer Schnittdarstellung ein Übertragungsgetriebe, das insgesamt mit der Bezugsziffer 70 bezeichnet ist. Dieses Übertragungsgetriebe 70 weist ein Hypoid-Rad 72 auf, das kegelig ausgebildet ist und eine Verzahnung 74 trägt, die durch eine Zykloid-Bewegung um einen Punkt P hergestellt ist, der versetzt zu einer Längsachse des Hypoid-Rads 72 ist.

Die Darstellung zeigt weiterhin eine Schnecke 76, die mit dem Hypoid-Rad 72 zusammenwirkt, wobei die Schnecke 76 mit einem planparallelen Durchmesser ausgeführt ist. Dies ermöglicht eine einfache und damit kostengünstige Herstel lung und eine hohe Kraftübertragung. In Figur 5 ist somit allgemein dargestellt, wie sich der Eingriff sich von Hypoid-Rad 72 und Schnecke 76 gestaltet.

Figur 6 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführung eines Hypoid- Rads 80, das in einem Übertragungsgetriebe der hierin beschriebenen Art zum Einsatz kommen kann. Deutlich zu erkennen ist der bogenförmige Verlauf der Verzahnung 82. Das dargestellte Hypoid-Rad 80 lässt sich einfach aus einem Kunststoff hersteilen.

Figur 7 zeigt in schematischer Darstellung ein Hypoid-Rad 86, dessen Verzah nung 88 nur in einem Abschnitt dargestellt ist, sowie eine Schnecke 90, die einen konstanten Durchmesser aufweist.

Figur 8 zeigt das Hypoid-Rad 86 und die Schnecke 90 aus Figur 7 im Einsatz, d. h. diese greifen ineinander, um eine Kraft bzw. ein Moment zu übertragen. Zu er kennen ist die Verzahnung 88, die hier bogen- bzw. spiralförmig ausgebildet ist. Weiterhin zeigt die Darstellung einen Punkt P 92, mit 98a bis 98 d bezeichnete Linien der Berührungspunkte 1 bis 4 ausgehend vom Rollkreisradius, eine Mittel linie 94 der Schnecke 90 und einen Mittelpunkt 96 des Hypoid-Rads 86. Der Rollkreisradius ist der Entstehungsradius für die Werkzeuggeometrie.

Die Darstellung verdeutlicht, dass der Punkt P 92, um den herum bei der Herstel lung des Hypoid-Rads 86 eine Zykloid-Bewegung erfolgt, versetzt zu einer Längsachse des Hypoid-Rads 86 angeordnet ist.

Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform des Übertragungsgetriebes, welche insgesamt mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt ein ers tes Zahnrad 102, das in diesem Fall als Schnecke ausgebildet ist, und ein zwei tes Zahnrad 104, das hier als Kegelrad ausgebildet ist. Dieses zweite Zahnrad 104 ist als Hypoid-Rad ausgebildet. Die beiden Zahnräder 102, 104 wirken zu sammen, so dass ein von dem ersten Zahnrad 102 eingeleitetes Moment auf das zweite Zahnrad 104 übertragen wird.

Die Darstellung zeigt weiterhin eine Lagerung 106 für eine Abtriebswelle 108, die fest mit dem zweiten Zahnrad 104 verbunden ist und das auf dieses zweite Zahn rad 104 übertragene Moment ableitet. Des Weiteren sind eine Verzahnung 110 des zweiten Zahnrads 104 und eine Zahnstange 116 einer Lenkeinrichtung zu erkennen, wobei die Zahnstange 116 mit einem Antriebsritzel 118 der Ab triebswelle 108 zusammenwirkt. Die Verzahnung 110 ist bogenförmig ausgebildet. Somit ergibt sich ein Hypoid- Rad. Das Hypoid-Rad als zweites Zahnrad 104 ermöglicht den Einsatz einer planparallelen Schnecke als erstes Zahnrad 102.

Weiterhin ist eine Drehachse 130 des ersten Zahnrads 102 und eine Drehachse 132 des zweiten Zahnrads 104 eingezeichnet. Senkrecht auf der Drehachse 132 des zweiten Zahnrads 104 steht eine Längsachse 134 des zweiten Zahnrads 104. Zu erkennen ist, dass die Drehachse 130 des ersten Zahnrads diese Längsachse 134 nicht schneidet also nicht in der Flucht dieser liegt, sondern zu dieser versetzt verläuft, wie mit einem Doppelpfeil 136 verdeutlicht ist. Die beiden Zahnräder 102 und 104 sind somit achsversetzt zueinander angeordnet.

Figur 10 zeigt noch eine weitere Ausführungsform des Übertragungsgetriebes, welche insgesamt mit der Bezugsziffer 200 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt ein erstes Zahnrad 202, das in diesem Fall als Schnecke ausgebildet ist, und ein zweites Zahnrad 204, das als Hypoid-Rad ausgebildet ist. Die beiden Zahnräder 202, 204 wirken zusammen, so dass ein von dem ersten Zahnrad 202 eingeleite tes Moment auf das zweite Zahnrad 204 übertragen wird.

Die Darstellung zeigt weiterhin eine Lagerung 206 für eine Abtriebswelle 208, die fest mit dem zweiten Zahnrad 204 verbunden ist und das auf dieses zweite Zahn rad 204 übertragene Moment ableitet. Des Weiteren sind eine Verzahnung 210 des zweiten Zahnrads 204 und eine Zahnstange 216 einer Lenkeinrichtung zu erkennen, wobei die Zahnstange 216 mit einem Antriebsritzel 218 der Ab triebswelle 208 zusammenwirkt.

Auch in dieser Darstellung ist die achsversetzende Positionierung der beiden Zahnräder 202 und 204 zu erkennen. Für die Komponenten trifft im Wesentlichen das zu, was bereits in Verbindung mit Figur 9 erläutert wurde.

Es kann bei den hierin gezeigten Ausführungen zusätzlich vorgesehen sein, dass das zweite Zahnrad in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist, wobei zusätz lich mindestens ein Element zum Aufbringen einer Anpresskraft auf das zweite Zahnrad vorgesehen ist, die in axialer Richtung hin zu dem ersten Zahnrad wirkt. Das mindestens eine Element kann eine Feder oder ein Körper aus einem elastomeren Material sein. Dem Element kann zusätzlich ein Dämpfungsglied zugeordnet sein.