Die Erfindung betrifft eine Überlagerungslenkung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE 102 20 123 Al ist eine Überlagerungslenkung mit einer Überlagerungseinrichtung bekannt. Der durch die Lenkbetätigung des Lenkrades erzeugte Lenkradwinkel und ein von einem Aktuator erzeugter Zusatzwinkel werden durch die Überlagerungseinrichtung zu einem Ausgangswinkel überlagert. Entsprechend des Ausgangswinkels wird der Lenkwinkel an den lenkbaren Fahrzeugrädern eingestellt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kompakte und günstig zu fertigende Überlagerungslenkung anzugeben, die ein sicheres Verhalten bei Ausfall des Aktuators aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Grundgedanke der Erfindung ist, den Ein- und Ausgang des Aktuators über ein Getriebe miteinander zu verbinden, wobei das Getriebe ein mit dem Hilfskraftmotor drehfest verbundenes Schneckenrad und ein koaxial zur Lenksäule angeordnetes Kronrad umfasst und das Schneckenrad und das Kronrad über eine Ritzelwelle antriebsverbunden sind. Durch die koaxiale Anordnung des Kronrades und des mit dem Hilfskraftmotor drehfest verbundenen Schneckenrades sowie die Verbindung dieser beiden Getriebeteile durch eine Ritzelwelle ergibt sich eine sehr kompakte Bauform.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, die Ritzelwelle in einem mit der Lenkhandhabe drehfest verbundenen Ritzelwellenträger drehbar zu lagern. Über die Lagerung wird der von der Lenkhandhabe in die Lenksäule eingebrachte und auf den Ritzelwellenträger sowie in die Ritzelwelle als Querkraft übertragene Lenkwinkel auf das Kronrad übertragen. Da das Schneckenrad aufgrund der Geometrie der Verzahnung von der Ritzelwelle nicht angetrieben werden kann, tritt eine Rotation der Ritzelwelle nur auf, wenn die Schneckenwelle vom Hilfskraftmotor angetrieben wird. Insofern wird bei inaktivem Hilfskraftmotor der Lenkwinkel zwischen Eingang und Ausgang des Aktuators 1:1 übertragen. Lediglich bei aktivem Hilfskraftmotor tritt eine Erhöhung oder Verringerung des am Lenkgetriebe anliegenden Lenkwinkels auf.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, den Ritzelwellenträger zweiteilig auszugestalten. Eine mehrteilige Ausführung des Ritzelwellenträgers bietet Vorteile hinsichtlich der Realisierung der Lagerung der Ritzelwelle bzw. der Abstützung der Lagerung am Ritzelwellenträger. Besonders vorteilhaft ist eine zweiteilige, insbesondere hälftige Ausführung. Dabei können die Ritzelwellenträgerhälften symmetrisch ausgebildet sein, wodurch infolge hoher Gleichteileanzahl die Überlagerungslenkung besonders rationell gefertigt werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Ritzelwelle im Kontaktbereich mit dem Schneckenrad eine spindelförmige Außenkontur auf. Im Bereich dieser spindelförmigen Außenkontur ist die Ritzelwelle mit dem Schneckenrad verzahnt. Zusammen mit der Verzahnungspaarung Ritzelwelle/Kronrad ist es möglich, eine in axialer Richtung in der Ritzelwelle wirkende Kraft zu minimieren und so für die Lagerung der Ritzelwelle einfache Nadel- oder Kugellager ohne aufwendige Lagereinstellungen zu verwenden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Überlagerungslenkung ergeben sich aus den übrigen abhängigen Patentansprüchen und der nachfolgend anhand zweier Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Überlagerungslenkung näher beschriebenen Zeichnung.

Dabei zeigen: Fig. 1 eine schaltplanartig schematisierte Darstellung einer Überlagerungslenkung in einem Fahrzeug mit einer hydraulischen ServounterStützung, Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Aktuator der erfindungsgemäßen Überlagerungslenkung und Fig. 3 eine Ansicht gem. Fig. 2 einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überlagerungslenkung.

Gemäß Fig. 1 weist ein nicht näher dargestelltes Fahrzeug eine Überlagerungslenkung 1 mit hydraulischer Servounterstützung 2 auf. Dabei sind gelenkte Fahrzeugräder 3 über Spurstangen 4 mit einer Zahnstange 5 verbunden, welche gleichachsig in die Kolbenstange 6 eines als Servomotor angeordneten doppeltwirkenden Kolben-Zylinder-Aggregates 7 übergeht bzw. mit der Kolbenstange 6 verbunden ist.

Die Zahnstange 5 kämmt mit einem Ritzel 9, welches über eine Lenksäule 15 mit einer Lenkhandhabe 19 in Form eines Lenkhandrads antriebsmäßig verbunden ist. In der Lenksäule 15 ist ein drehelastisches Element 20 angeordnet, so dass zwischen Ritzel 9 und Lenkhandhabe 19 eine begrenzte Relativdrehung auftreten kann, deren Maß von den zwischen Ritzel 9 und Lenkhandhabe 19 übertragenen Kräften und Momenten abhängig ist.

Diese Relativdrehung steuert ein Servoventil 21, welches einerseits über Motorleitungen 22 mit den beiden Kammern 8a, 8b des Kolben-Zylinder-Aggregates 7 und andererseits mit der Druckseite einer nicht dargestellten Hydraulikpumpe angeschlossen ist.

Die Erfindung ist nicht auf eine hydraulische Servounterstützung 2 beschränkt. Vielmehr kann die Hilfskraft auch von einer z.B. elektrisch bzw. elektromagnetischen Hilfskrafteinrichtung aufgebracht werden. Diese kann dabei auf die Zahnstange 5, auf ein Lenkgetriebe 10 oder auf die Lenksäule 15 wirken. Die erfindungsgemäße Überlagerungslenkung 1 kann jedoch auch bei Fahrzeugen ohne jegliche Servounterstützung verwirklicht werden.

Zwischen dem Ritzel 9 und dem drehelastischen Element 20 ist ein Aktuator 25 angeordnet, auf dessen Aufbau im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 2 und der Fig. 3 näher eingegangen wird.

Der Aktuator 25 ist eingangsseitig über einen ersten Abschnitt 16 der Lenksäule 15 mit dem Lenkrad 19 und ausgangsseitig über einen weiteren Abschnitt 17 der Lenksäule 15 mit dem Lenkgetriebe 10 verbunden.

Über eine Signalleitung 33 ist der Aktuator 25 mit dem Ausgang einer Steuereinheit 30 verbunden. Die Eingänge der Steuereinheit 30 wiederum sind über Signalleitungen 33 mit nicht dargestellten Sensoren verbunden, die kontinuierlich beispielsweise fahrdynamische Kenngrößen wie Fahr- und Giergeschwindigkeit sowie Quer- und Längsbeschleunigung des Fahrzeugs und Lenkrad- und Radstellungswinkel ermitteln. Abhängig von diesen Kenngrößen steuert die Steuereinheit 30 den Aktuator 25 oder besser einen Hilfskraftmotor des Aktuators 25.

In Fig. 1 ist auch eine alternative Anordnung des Aktuators 25 zwischen dem drehelastischen Element 20 und dem Lenkrad 19 strichliert dargestellt.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Aktuator 25 der erfindungsgemäßen Überlagerungslenkung 1. In einem zylindrischen Gehäuse 28 ist koaxial zur Lenksäule 15 ein Schneckenrad 35 angeordnet. Dabei ist das Schneckenrad 35 drehfest mit einem in den Figuren nicht dargestellten Hilfskraftmotor, beispielsweise einem hydraulischen Motor oder einem Elektromotor, verbunden.

Der Hilfskraftmotor stützt sich an einem Ritzelwellenträger 40 ab, der mehrteilig, in Figur 2 und Figur 3 aus Herstellungs- und Montagegründen zweigeteilt ausgeführt ist. Dabei sind die beiden Ritzelwellenträgerhälften 41,42 kraftschlüssig, beispielsweise über Verschraubungen, miteinander verbunden. Der Ritzelwellenträger 40 ist, wie auch das Gehäuse 28 des Aktuators 25, mit dem Aktuatoreingang 26 drehfest verbunden.

In Ausnehmungen der Ritzelwellenträgerhälften 41,42, beispielsweise Bohrungen sind zwei Ritzelwellen 45a, 45b drehbeweglich mit geringem axialem Spiel mittels zweier Nadellager 50 radial gelagert. Dabei sind die Ritzelwellen 45a, 45b parallel zueinander angeordnet und ihre Längsachsen 46a, 46b liegen in einer Ebene, die senkrecht zur Längsachse 18 der Lenksäule 15 in der Zeichnungsebene liegt. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß Figur 2 erfolgt die Lagerung in der Ausführungsform gemäß Figur 3 durch ein Nadel- 50 und ein Kugellager 51, wobei letzteres ein verhältnismäßig großes Lagerspiel aufweist, um ein Klemmen bei der Montage der beiden Ritzelwellenträgerhälften 41,42 zu vermeiden.

Eine axiale Führung erfahren die Ritzelwellen 45a, 45b vorwiegend durch das Schneckenrad 35, mit dem sie in einem spindelförmigen Kontaktbereich 47 der Ritzelwellen 45a, 45b verzahnt sind. Bei Ausführungsformen ohne spindelförmige Einschnürung der Ritzelwellen 45a, 45b ist hingegen eine axiale Führung, beispielsweise bei Gleit- 50 oder Nadellagern durch AnlaufScheiben oder durch Kugellager 51 vorgesehen.

An jeweils einem axialen Ende 48 weisen die Ritzelwellen 45a, 45b ein Ritzel 49 auf, welches über eine entsprechende Verzahnung mit einem koaxial zum Schneckenrad 35 angeordneten Kronrad 55 in Eingriff steht. Das Kronrad 55 ist drehfest mit dem Aktuatorausgang 27 verbunden.

Aufgrund der gegenüber der Längsachse 36 des Schneckenrades 35 außermittig angeordneten Ritzelwellen 45a, 45b, ergibt sich beim Kronrad 55 eine Schrägverzahnung 56. Diese ist in Abstimmung mit der Verzahnung der Paarung Schneckenrad 35/Ritzelwelle 45a; 45b so ausgelegt, dass sich auftretende Axialschübe möglichst gegenseitig aufheben und allenfalls geringe axiale Kräfte vom Kronrad 55 bzw. vom Schneckenrad 35 in die Ritzelwellen 45a, 45b eingeleitet und am Ritzelwellenträger 40 abgestützt werden.

Prinzipiell ist auch ein Getriebeaufbau des Aktuators 25 mit nur einer Ritzelwelle 45a;45b möglich, da eine Relativverdrehung zwischen Ritzelwellenträger 40 und Kronrad 55 nur dann auftreten kann, wenn eine Drehbewegung vom Schneckenrad 35 auf diese Ritzelwelle 45a; 45b übertragen wird. In umgekehrter Richtung greift die Selbsthemmung eines Schneckengetriebes.

Der Ritzelwellenträger 40 ist in Figur 2 und Figur 3 jeweils zweigeteilt dargestellt. Prinzipiell ist auch eine einteilige oder mehr als zweiteilige Ausführung möglich.

Die Ritzelwellenträgerhälften 41,42 sind symmetrisch ausgebildet. Spiegelbildliche Symmetrie besteht im Fall des Ausführungsbeispiels in Figur 2 hinsichtlich einer Ebene37 , die senkrecht zu den Längsachsen 46a, 46b der Ritzelwellen 45a, 45b und durch die Längsachse 36 des Schneckenrades 35 verläuft. Achssymmetrie besteht hinsichtlich der Längsachse 36 des Schneckenrades 35.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 besteht zwischen den Ritzelwellenträgerhälften 41,42 aufgrund der unterschiedlichen Lagerungsarten an den beiden Ritzelwellenenden 48 lediglich Achssymmetrie hinsichtlich der Längsachse 36 des Schneckenrades 35.

Aufgrund der Symmetrien können die Ritzelwellenträgerhälften 41,42 kostengünstig gefertigt werden. In beiden Ausführungsbeispielen sind die Ritzelwellenträgerhälften 41,42 über außerhalb der Zeichnungsebene liegende Klemm- bzw. Schraubverbindungen miteinander kraftschlüssig verbunden.

Die Vorteile einer Überlagerungslenkung 1 mit einem Schneckengetriebe 35, 45a, 45b sind folgende:

Wird das Schneckenrad 35 nicht durch den Hilfskraftmotor angetrieben, findet keine Relativbewegung zwischen Schneckenrad 35 und Ritzelwellen 45a, 45b und aufgrund der Sperrwirkung eines Schneckengetriebes 35, 45a, 45b somit auch keine (zumindest rotatorische) Relativbewegung zwischen Ritzelwellen 45a, 45b und Ritzelwellenträger 40 statt. Daher kann auch keine Relativbewegung zwischen Ritzelwellenträger 40 und Kronrad 55 auftreten. Dies ist gleichbedeutend damit, dass der Eingang 26 und der Ausgang 27 des Aktuators 25 starr miteinander verbunden sind.

Wird jedoch das Schneckenrad 35 vom Hilfskraftmotor angetrieben, so werden die Ritzelwellen 45a, 45b jeweils um den gleichen Winkel, jedoch gegenläufig zueinander verdreht. Dadurch wird das Kronrad 55 in Relation zum Ritzelwellenträger 40 verdreht und dem über die Lenkhandhabe 19 auf die Lenksäule 15 aufgebrachten Lenkwinkel wird ein weiterer Lenkwinkel vom Aktuator 25 überlagert. Da der Hilfskraftmotor mit entgegengesetzten Drehrichtungen betreibbar ist, kann der Überlagerungswinkel den letztlich am Lenkgetriebe 10 anliegenden Lenkwinkel im Verhältnis zum über die Lenkhandhabe 19 vorgegebenen Lenkwinkel sowohl erhöhen als auch reduzieren.

Im Falle des Ausfalls des Hilfskraftmotors ist ohne zeitliche Verzögerung infolge der Sperrwirkung des Schneckengetriebes 35, 45a, 45b eine starre Verbindung zwischen Eingang 26 und Ausgang 27 des Aktuators 25 gegeben.