Servo-oder Hilfskraftlenkungen mit Lenkrohrantrieb sind aus : H. Stoll"Fahrwerktech- nik : Lenkanlagen und Hilfskraftlenkungen", Vogel Fachbuch, 1. Aufl., 1992, S. 222 ff. bekannt. Eine Lenkwelle oder Lenkrohr verbindet dabei eine als Lenkrad ausgebildete Lenkhandhabe mit einem Lenkgetriebe bestehend etwa aus einem Ritzel, welches mit einer Zahnstange kämmt.

An der Lenkwelle solcher Servo-oder Hilfskraftlenkungen ist ein Servomotor angeord- net, der auf eine getriebliche Verbindung der Lenkwelle mit dem Servomotor ein Drehmoment bereitstellt. Dieses Unterstützungs-Lenkdrehmoment des Servomotors kann parameterabhängig gesteuert sein.

Solche Servo-oder Hilfskraftlenkungen eignen sich zwar zum Umrüsten einer mecha- nischen Lenkung, haben aber im Lenksäulenbereich einen hohen Bauraumbedarf und sind wegen der getrieblichen Verbindung des Servomotors mit der Lenkwelle aufwän- dig zu bauen und teuer.

Die DE 198 53 343 A1 beschreibt eine elektrische Hilfskraftlenkung für ein Fahrzeug, die eine Lenksäule umfasst, wobei ein Abschnitt der Lenksäule als Läufer eines elektri- schen Antriebs ausgebildet ist. Der elektrische Antrieb bringt ein die Drehbewegung der Lenksäule unterstützendes Drehmoment auf die Lenksäule auf.

Die Lenkung hat zwar einen verminderten Bauraumbedarf, der Bauraumbedarf und der Energieverbrauch der bekannten Lenksysteme ist jedoch nicht minimiert.

Die EP 1 013 534 A1 beschreibt ein elektrisches Lenkservogetriebe mit einer von einer Lenkhandhabe betätigten Lenkwelle, die einen Eingang für ein Untersetzungsgetriebe in Form eines Pulsator-oder Wellgetriebes bildet und die Lenkhandhabe mit einer Ein- gangswelle oder einem Lenkelement eines Lenkgetriebes verbindet.

Ein Servomotor, dessen Stator drehfest in einer radialflexiblen Abrollbuchse des Well- getriebes angeordnet ist, stellt ein Drehmoment auf einen exzentrischen insbesondere ellipsenförmigen Antriebskern des Wellgetriebes bereit. Der Antriebskern greift rotie- rend axial in die radialflexible Abrollbuchse ein, wobei ein oder mehrere Umfangsab- schnitte der Außenmantelfläche der Abrollbuchse in fortlaufendem Wechsel mit einer Stützfläche eines fahrzeugfesten Ringstators oder Stützringes eingreifen. Die Abroll- buchse umfasst dabei den gesamten Servomotor und stellt eine mechanische Verbin- dung von der Lenkhandhabe zu der Eingangswelle des Lenkgetriebes dar.

Dies ist montage-und reparaturtechnisch von Nachteil. Zudem baut die aufwändig her- zustellende, teure Abrollbuchse groß und stellt lediglich eine torsionsweiche mechani- sche Verbindung der Lenkhandhabe mit dem Lenkgetriebe dar. Der Servomotor stützt sich dabei an der Lenkwelle ab und überträgt auf die Lenkwelle in unvorteilhafter Weise das Gegendrehmoment.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lenksystem für ein Fahrzeug zu schaf- fen, dessen Bauraumbedarf und Energieverbrauch bei kostengünstiger Bauweise mi- nimiert ist.

Die Aufgabe wird mit einem Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Um ein Lenksystem, das als Servo-, Hilfskraft-oder Überlagerungslenkung ausgebildet sein kann, in seinem Bauraumbedarf zu minimieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Lenkwelle das Wellgetriebe und vorzugsweise auch den Servomotor durch- greift. Die Lenkwelle ist in ihrem axialen Abschnitt am Wellgetriebe und am Servomotor bevorzugt einstückig ausgebildet.

In axialer Verlängerung der Hohlwelle des Servomotors ist diese drehfest direkt mit einem Antriebskern, der einen exzentrisch oder ellipsenförmigen Querschnitt aufweist, verbunden.

Der auch als wave-generator bezeichnete Antriebskern greift axial in eine radialflexible Abrollbuchse (flex-spline) ein und wälzt sich mit Hilfe radial dazwischenliegender Lager in der Abrollbuchse ab und verformt diese in fortlaufendem Wechsel.

Dabei gelangen, in Abhängigkeit von der Querschnittsform des Antriebskerns, ein oder mehrere Umfangsabschnitte der Außenmantelfläche der Abrollbuchse mit einer im we- sentlichen zylindrischen Stützfläche eines starren, ortsfest oder fahrzeugfest angeord- neten Stützringes, in Eingriff. Der Stützring (circular-spline) umgibt radial die Abroll- buchse. Da die Umfangsfläche oder Außenmantelfläche kürzer als der Umfang der Stützfläche des Stützringes ist, dreht sich die Außenmantelfläche der Abrollbuchse um diese Längendifferenz. Die Abrollbuchse ist axial länger als der Stützring und weist an ihrer, dem Stützring abgewandten Stirnseite, beispielsweise einen stabilen, kreisrun- den Abtriebsflansch auf. Der Abtriebsflansch der Abrollbuchse ist drehfest mit einem als Eingangswelle oder Ritzel des Lenkgetriebes ausgebildeten Ende des Lenkrohres verbunden.

Die Lenkwelle ragt durch den Hohlwellenmotor und ist drehfest mit dem Abtriebs- flansch verbunden.

Auf diese Weise ist der Servomotor schmal bauend ausführbar, leicht zugänglich bei Wartungsarbeiten was auch für das Wellgetriebe zutrifft. Die Lenkwelle verbindet tor- sionssteif die Lenkhandhabe mit der Eingangswelle oder einem Ritzel des Lenkgetrie- bes. Der Servomotor dreht sich im Betrieb entgegengesetzt zur Drehrichtung der Lenkhandhabe, was eine dynamische Stabilisierung des Lenksystems zur Folge hat.

Durch eine günstigere Eigenfrequenz und ein günstigeres Schwingungsverhalten zeichnet sich dieses Lenksystem zudem aus.

Der Servomotor wird von einer Steuerungs-und/oder Regelungseinrichtung angesteu- ert, wobei die Steuerungs-und/oder Regelungseinrichtung eingangsseitig mit einem Sensor zur Bestimmung des Lenkdrehmomentes und/oder mit einem Sensor zur Be- stimmung des Drehwinkels der Lenkhandhabe signaiübertragend verbunden ist. Es kann zweckmäßig sein, die Sensoren als kontaktlos arbeitende Sensoren auszubilden und das Lenksystem als parametergesteuerte Servo-oder Hiifskraftlenkung auszubil- den.

Es können Parameter, wie die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs als Eingangsgrö- ßen für ein Kennfeld des Servomotors herangezogen werden.

Zweckmäßig sind der Servomotor, die Steuerungs-und/oder Regelungseinrichtung, das Wellgetriebe und die Sensoren zur Drehwinkel-und Drehmomentbestimmung der

Lenkhandhabe in einem Gehäuse zusammengefasst. Das Gehäuse umschließt die Lenkwelle und ist Teil der Lenksäule.

Es kann zweckmäßig sein, die Sensoren räumlich von dem Servomotor und/oder von dem Wellgetriebe und deren Gehäuse getrennt anzuordnen. Das Lenksystem kann als Pinion-oder Double-Pinion-Lenkung ausgebildet sein, wie sie beispielsweise in der EP 0931 714 A1 beschrieben ist, wobei ein Ritzel drehfest mit einer Lenkhandhabe verbunden ist und als Eingangselement für ein Lenkgetriebe, wie etwa ein Zahnstan- gengetriebe dient. Das Ritzel ist mit einem Lenkdrehmomentsensor verbunden, der ein Antriebsdrehmoment eines Servoantriebs vorgibt, wobei der Servoantrieb ein zweites, auf das Lenkgetriebe wirkendes Ritzel aufweist.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Lenksystems sieht vor, dass die Lenkwelle axial unterbrochen ist, so dass sich ein der Lenkhandhabe anschließender Eingangs- wellen-Abschnitt und ein diesem axial anschließender Ausgangswellen-Abschnitt der Lenkwelle ergibt. Die Eingangswelle ist mit der Ausgangswelle mit einem Drehstab verbunden.

In diesem, von dem Drehstab gebildeten axialen Abschnitt der Lenkwelle ist der Sen- sor zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle angeordnet, wobei es zweckmäßig ist, den sich in Abhängigkeit von dem jeweiligen Lenkdrehmoment verändernden ma- gnetischen Widerstand in einer Sensorspule an der Ausgangswelle zu ermitteln. Der magnetische Widerstand ändert sich hierbei unter dem Einfluss der Lageänderung eines an der Eingangswelle angeordneten Magneten.

Aufgrund der örtlichen Nähe der Sensoren zu der Steuerungs-und/oder Regelungsein- richtung und dem Servomotor lassen sich die Sensoren durch feste elektrische Leiter, ohne Zuhilfenahme von Steckern und Kabel mit der Steuerungs-und/oder Regelung- einrichtung verbinden.

Das Weligetriebe ist für den Einsatz in Servolenkungen bevorzugt aus Stahl gebildet, zumindest die Abrollbuchse und der Antriebskern sind aus diesem Werkstoff gebildet. oooaooooooooüoooooooooaooooHoaooaoooooooooooo aa#aaüaaaaünDaaQaaaaaDüaaaaaQaaaaaaaaaaDaaaaaQ/\aaa oao, ooo, aoo, ooo, oooaoooyoyoyoooooooaaaooooyoyoyooooo0 aaaaaaaaaaaQÖaHDDDau. U. vergteichsweise kieinere Drehmomente a ! s bei 2 o C z 2 o z oco R C b C O u. U. vergleichsweise kleinere Drehmomente als bei der Servolenkung zu übertragen sind. Der Eingriff der Außenmantelfläche der

Stützringes kann form-oder reibschlüssig erfolgen.

Es ist zweckmäßig zum formschlüssigen Eingriff die Außenmantelfläche der Abroll- buchse mit einer Außenverzahnung und die Stützfläche des Stützringes mit einer In- nenverzahnung zu versehen. Der innenverzahnte Stützring hat eine größere Zähne- zahl als die Abrollbuchse, die mit zumindest zwei sich diametral gegenüberliegenden Umfangsabschnitten ihrer Außenverzahnung mit der Innenverzahnung des feststehen- den Stützringes in Eingriff steht.

Durch die Drehung des exzentrischen oder elliptischen Antriebskernes in der radialfle- xiblen Abrollbuchse werden bei jeder Umdrehung alle Zähne der Außenverzahnung der Abrollbuchse nacheinander mit den Zähnen der Innenverzahnung des feststehen- den Stützringes in Eingriff gebracht, wodurch sich die Abrollbuchse um die Differenz der Zähnezahlen verdreht. Die An-und Abtriebsdrehrichtungen von Antriebskern und Abrollbuchse sind gegensinnig. Es lassen sich mit einer Stufe, wobei mehrere hinter- einander schaltbar sind, Übersetzungen von etwa 1 : 20 bis 1 : 600 erreichen.

Das Übersetzungsverhältnis i berechnet sich : Z2 i = _____________<BR> Z1 Z2 mit Z1 = Zähnezahl der Abrollbuchse und Z2 = Zähnezahl der Innenverzahnung des Stützringes.

Es sind viele Zähne gleichzeitig im Eingriff, so dass bei der hohen Überdeckung eine mehrfache Drehmomentbelastung gegenüber vergleichbaren Getrieben ermöglicht ist und das Wellgetriebe entsprechend klein baut.

Ist die Außenmantelfläche der Abrollbuchse mit der Stützfläche des Stützringes reib- schlüssig in Eingriff, so lassen sich innerhalb gewisser Grenzbereiche beliebige Über- setzungen wählen.

Es kann zweckmäßig sein, zwischen dem Abtriebsflansch der Abrollbuchse und der Lenkwelle eine Kupplung vorzusehen, um insbesondere im Fehlerfall des Servomotors

oder des Wellgetriebes dieses außer Eingriff mit der Lenkwelle zu bringen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung gezeigt.

In der Zeichnung zeigt : Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lenksystem, Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch ein Wellgetriebe, Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch das Wellgetriebe in Fig. 2 nach einer Vierteldrehung des Antriebskerns, Fig. 4 einen schematischen Querschnitt durch das Wellgetriebe in Fig. 2 nach einer halben Drehung des Antriebskerns.

In Figur 1 ist in einem schematischen Längsschnitt teilweise ein Lenksystem 1 für ein Fahrzeug dargestellt. Das Lenksystem 1 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Servo-oder Hilfskraftlenkung mit Lenkwellenantrieb ausgebildet.

Eine Lenkhandhabe 3, die als Lenkrad 27 ausgebildet ist, ist mechanisch über eine Lenkwelle 2 mit einem Lenkgetriebe 5 drehfest verbunden. Das Lenkgetriebe 5 kann aus einem Ritzel, das mit einer axialverschieblich gelagerten Zahnstange kämmt, ge- bildet sein. Das Ritzel bildet hierbei das axiale Ende der Lenkwelle 2 oder einer Ein- gangswelle 4 der Lenkwelle 2 in das Lenkgetriebe 5. Die nicht dargestellte Zahnstange ist in bekannter Weise mit Spurhebeln an nicht dargestellten lenkbaren Rädern des Fahrzeugs befestigt. Das Lenksystem kann auch als Double-Pinion-Lenkungs aufge- baut sein, wobei ein Lenkgetriebe zwei Eingangselemente in Form von einem drehfest mit der Lenkhandhabe verbundenen Ritzel und einem mit einem Servomotor verbun- denen zweiten Ritzel aufweist.

Zur Bereitstellung eines Drehmomentes oder Unterstützungslenkdrehmomentes auf die Lenkwelle 2 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein als Hohlwellenmotor ausgebildeter Elektromotor 14 vorgesehen. Der Elektromotor 14 dient als Servomotor 6 des Lenksystems 1 und wirkt über ein Weilgetriebe 8 auf die Lenkwelle 2, bzw. deren Eingangswelle 4 für das Lenkgetriebe 5.

Das Wellgetriebe 8 oder harmonic-drive wirkt stark untersetzend und ermöglicht die Anwendung eines kleinbauenden Elektromotors mit geringem Energieverbrauch.

In dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 ist das Wellgetriebe 8 konzentrisch zu der Lenk- welle 2 angeordnet, so dass die Längsachse 28 des Wellgetriebes 8 mit der Längsach- se 29 der Lenkwelle 2 fluchtet. Die Lenkwelle 2 durchragt das Wellgetriebe 8 und ist drehfest mit einem Abtriebsflansch 30 an einer Abrollbuchse 9 des Wellgetriebes 8 festgelegt.

Auf der Lenkwelle 2 ist mit axialem Abstand zu dem Lenkrad 27 der Servomotor 6 an- geordnet und wird von der Lenkwelle 2 durchragt. Ein Läufer 15 des Servomotors 6 ist dabei fest mit einer Hohlwelle 31 verbunden. Die Hohlwelle 31 ist drehbar um die Lenkwelle 2 mit Hilfe von Lagern 32, 32' an deren axialen Enden gehalten. Da das Wellgetriebe 8 geringe axiale Kräfte verursacht, kann bei den Lagern 32, 32' auf auf- wändige Spielvermeidungsmaßnahmen verzichtet werden.

Die Hohlwelle 31 ist wiederum an ihrem, dem Lenkrad 27 abgewandten axialen Ende 33 drehfest mit einem im Betrieb des Elektromotors 14 mit der Hohlwelle 31 rotieren- den Antriebskernes 7 (wave-generator) verbunden. Der Antriebskern 7 ist Bestandteil des Wellgetriebes 8.

Ein Stator 34 des Elektromotors 14 ist fest an einem Gehäuse 19, das das Wellgetrie- be 8, den Elektromotor 14, dessen Steuerungs-und/oder Regelungseinrichtung 16, sowie einen Drehmomentsensor 17 und Drehwinkel-und Drehgeschwindigkeitssensor 18 für den Elektromotor 14 umschließt, angebunden.

Wie die Figuren 2 bis 4 in einem schematischen Querschnitt durch das Wellgetriebe 8 zeigen, ist der Antriebskern 7 im Querschnitt ellipsenförmig ausgebildet und es ist um dessen Umfang ein Kugellager aufgezogen. Der Antriebskern 7 greift mit seiner ge- samten axialen Länge in die aus einem Stahlblech gebildete, topfförmige, radialflexible Abrollbuchse 9 (flex-spline) ein. Die Abrollbuchse 9 hat eine axiale Erstreckung, die ein Vielfaches der axialen Erstreckung des Antriebskerns 7 ist. Die Außenmantelfläche 11 der Abrollbuchse 9 weist eine Außenverzahnung 25 auf, die über einen Teil der axialen Erstreckung der Abroilbuchse 9 und im gesamten axialen Eingriffsbereich des An- triebskerns 7 angeordnet ist.

Die Außenverzahnung 25 greift, unter Wirkung der ellipsenförmigen Aufweitung der Abrollbuchse 9 mit zwei Umfangsabschnitten 10 in eine Innenverzahnung 26 an einer Stützfläche 12 eines die Abrollbuchse 9 und den Antriebskern 7 radial umgebenden, gehäusefesten und starren Stützringes (circular-spline) 13 ein. Bei Rotation des An- triebskernes 7 erfolgt dies in fortlaufendem Wechsel entlang der Innenverzahnung 26.

Der innenverzahnte Stützring 13 weist eine größere Zähnezahl als die radialflexible Abrolibuchse 9, die ständig mit zwei sich diametral gegenüberliegenden Umfangsab- schnitten 10 mit der Innenverzahnung 26 des feststehenden Stützringes 13 in Eingriff steht, auf. Durch die Drehung des ellipsenförmigen Antriebskerns 7 in der Abrollbuchse 9 werden bei jeder Umdrehung alle Zähne der Abrollbuchse 9 nacheinander mit den Zähnen der Innenverzahnung 26 des feststehenden Stützringes 13 in Eingriff gebracht, wodurch eine Verdrehung der Abrollbuchse 9 und damit eine Verdrehung der mit der Abrollbuchse 9 drehfest verbundenen Eingangswelle 4 des Lenkgetriebes 5 erfolgt (vgl. Fig. 2-4).

Die Verdrehung erfolgt um die Differenz der Zähnezahl bei jeder Umdrehung des An- triebskernes 7. Da eine Vielzahl von Zähnen gleichzeitig in Eingriff ist, können hohe Drehmomente übertragen werden.

Das Wellgetriebe 8 ist im wesentlichen aus Stahl gebildet, kann aber auch beim Ein- satz in einer Überlagerungslenkung lediglich zur Veränderung des Übersetzungsver- hältnisses zwischen der Änderung des Verstellwinkels der Lenkhandhabe und der Än- derung des Lenkwinkels der lenkbaren Räder des Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit von Parametern wie der Drehgeschwindigkeit des Lenkrades, aus Kunststoff gebildet sein.

In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Abrollbuchse 9 mit dem Ab- triebsflansch 30 verbunden, welcher wiederum drehfest mit der Eingangswelle 4 des Lenkgetriebes 5 verbunden ist.

Der Abtriebsflansch 30 ist zudem drehfest mit der Lenkwelle 2, die das Wellgetriebe 8 und den Servomotor 6 einstückig durchragt, verbunden. Bei Ausfall des Wellgetriebes und/oder des Servomotors kann so mechanisch übersteuert werden.

Es kann zweckmäßig sein, zwischen der Abrollbuchse 9 oder dem Abtriebsflansch 30 und der Eingangswelle 4 eine Kupplung anzuordnen, die im Bedarfsfall, vorzugsweise bei einem Fehler des Servomotors, des Wellgetriebes, der Steuerungs-und Rege-

lungseinrichtung oder der Sensoren 17,18, ausgekuppelt wird und das Wellgetriebe 8 außer Eingriff mit der Lenkwelle 2 bringt.

Anstelle des formschlüssigen Eingriffs der Außenmantelfläche 11 der Abrollbuchse 9 mit der Innenverzahnung 26 kann es zweckmäßig sein, einen reibschlüssigen Eingriff der Außenmantelfläche 11 mit der Stützfläche 12 des Stützringes 13 vorzusehen, wo- durch beliebige Untersetzungsverhältnisse gewählt werden, deren Nenner keine ganze Zahl ist. Es können außerdem feine Zahnteilungen, Riefelungen oder Rändelungen vorgesehen sein : Wie Figur 1 zeigt, ist die Lenkwelle 2 in dem Gehäuse 19, welches den Servomotor 6, dessen Steuerungs-und/oder Regelungseinrichtung 16 und das Wellgetriebe 8 umgibt, axial in eine Eingangswelle 20 und eine Ausgangswelle. 21 aufgeteilt. Eingangswelle 20 und Ausgangswelle 21 sind über einen in der Lenkwelle 2 eingesetzten Drehstab 22 verbunden : Die Steuerungs-und/oder Regelungseinrichtung 16 kann eingangsseitig mit dem kon- taktlos arbeitenden Drehmomentsensor 17 zur Bestimmung des Lenkdrehmomentes verbunden. Es kann zweckmäßig sein, weitere Sensoren, wie etwa den Drehwinkel- sensor 18 für den Drehwinkel der Lenkhandhabe und/oder der lenkbaren Fahrzeugrä- der und dgl. eingangsseitig mit der Steuerungs-und/oder Regelungseinrichtung 16 zu verbinden.

Aufgrund der räumlichen Nähe des Drehmomentsensors 17 zu der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 kann dieser ohne Steckverbindungen direkt mit der Steuerungs-und/oder Regelungseinrichtung 16 verbunden werden.

In dem Gehäuse 19 ist zwischen dessen lenkradseitiger Stirnwand 35 und der Läufer- bestückten Hohlwelle 31 der Drehmomentsensor 17 angeordnet. Der Drehmoment- sensor 17 kann aus einem mit der Eingangswelle 20 drehfest verbundenen Magnet 24, der den magnetischen Widerstand einer drehfest mit der Ausgangswelle 21 verbunde- nen Sensorspule 23 verändert, bestehen.

In axialer Richtung der Lenkwelle 2 betrachtet kann zwischen dem Drehmomentsensor 17 und dem Läufer 15 ein Motorsensor 36 zur Ermittlung der Drehgeschwindigkeit und/oder des Drehwinkels des Läufers 15 angeordnet. Der Motorsensor 36 ist in kon- taktloser Funktionsweise ausgeführt.

BEZUGSZEICHENLISTE EM 01ad 1 1 Lenksystem 26 Innenverzahnung 2 Lenkwelle 27 Lenkrad 3 Lenkhandhabe 28 Längsachse 4 Eingangswelle 29 Längsachse 5 Lenkgetriebe 30 Abtriebsflansch 6 Servomotor 31 _ Hohlwelle 7 Antriebskern 32, 32'Lager 8 Weligetriebe 33 Ende v. 31 Abrollbuchse 34 Stator 10 Umfangsabschnitt 35 Stirnwand v. 19 11 Außenmantelfläche 36 Motorsensor 12 Stützfläche 37 13 Stützring 38 14 Elektromotor 39 15 Läufer 40 16 Steuerungs-Regelungseinrichtung 41 17 Sensor 42 18 Sensor 43 19 Gehäuse 44 20 Eingangswelle 21 Ausgangswelle 46 22 Drehstab 47 23 Sensorspule 48 24 Magnet 49 25 Außenverzahnung 50