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Die
Erfindung betrifft ein Überlagerungsgetriebe
für ein
Lenksystem eines Kraftfahrzeuges, mit einer Antriebs- und einer
Abtriebswelle, die an einander zugewandten Enden Zahnräder tragen,
wobei eine Drehbewegung der Eingangswelle über das antriebsseitig platzierte
Zahnrad auf das abtriebsseitige Zahnrad mittels außenliegender
Planetenräder,
welche durch einen Planetenträger
geführt
sind, übertragbar
und die Drehbewegung der Eingangswelle durch eine gezielte Relativverdrehung
des Planetenträgers
zur Eingangswelle mit einer zusätzlichen Drehbewegung überlagerbar
ist.
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Bei
Lenksystemen moderner Kraftfahrzeuge finden zum Teil so genannte Überlagerungsgetriebe Anwendung,
mittels welcher zum Einen ein, durch einen Fahrzeugführer vorgegebener
Lenkwinkel übersetzt
zu einem Lenkgetriebe übertragen
wird und zum Anderen in bestimmten Situationen der vorgegebene Lenkwinkel
mit einem zusätzlichen
Verdrehwinkel überlagert
werden kann. Diese Situationen reichen hierbei von einer gezielten
Vergrößerung des vorgegebenen
Lenkwinkels bei Parkmanövern,
um bereits bei kleinen Lenkradwinkeln große Radeinschläge zu erzielen,
bis hin zu gezieltem Gegensteuern unerwünschter Fahreinflüsse, wie
beispielsweise Seitenwind. Dabei werden insgesamt hohe Anforderungen
in Bezug auf Präzision
und Bauraum an das jeweilige Überlagerungsgetriebe
gestellt.
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Hierbei
ist im Allgemeinen ein Überlagerungsgetriebe
bekannt, welches über
eine Antriebs- und eine Abtriebswelle verfügt, die an einander zugewandten
Enden jeweils ein Zahnrad tragen. Dabei sind diese Zahnräder nach
Art von konischen Kronenrädern
ausgebildet und stehen über
außenliegende,
zylindrische Planetenräder
miteinander in Kontakt. Die Planetenräder werden durch einen gemeinsamen
Planetenträger
geführt,
wobei eine Rotation der Antriebswelle mittels des antriebsseitigen
Zahnrads auf die Planetenräder
und von diesen auf das abtriebsseitige Zahnrad übertragen wird. Während im
Normalbetrieb diese Übertragung
bei Stillstand des Planetenträgers
nur durch Rotation der Planetenräder
um ihre jeweiligen Rotationsachsen stattfindet, kann die Drehbewegung
der Eingangswelle mittels einer gezielten Relativverdrehung des
Planetenträgers
zur Eingangswelle mit einer zusätzlichen Drehbewegung überlagert
werden. Hierdurch kann die Drehbewegung der Eingangswelle je nach
Drehrichtung des Planetenträgers
verstärkt
oder verzögert
bzw. auch bei einem Stillstand der Antriebswelle eine Drehbewegung
der Abtriebswelle erzeugt werden.
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Nachteilhaft
an einem derartigen Überlagerungsgetriebe
ist allerdings, dass der Herstellungsaufwand zur Fertigung des antriebsseitigen
und des abtriebsseitigen Kronenrades sehr hoch ist, da hierfür spezielle
Fertigungsverfahren Anwendung finden müssen.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Überlagerungsgetriebe
zu schaffen, welches sich durch einen niedrigen Herstellungsaufwand
auszeichnet, gleichzeitig aber kompakt gestaltet ist und eine hohe
Präzision
aufweist.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung
mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die darauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben
jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Die
Erfindung umfasst die technische Lehre, dass das antriebsseitige
und das abtriebsseitige Zahnrad jeweils als konisch evolvente Zahnräder ausgeführt sind.
Dadurch ist es möglich,
bei der Herstellung auf die üblichen,
spanenden Herstellungsverfahren für Zahnräder zurückzugreifen und den Herstellungsaufwand
hierdurch erheblich zu vermindern. Denn im Gegensatz zur Herstellung
von Kronenrädern
können
hierbei auch Maschinen zur Herstellung herkömmlicher Zahnräder mit
Evolventenverzahnung Anwendung finden. Des Weiteren kann bei der
erfindungsgemäßen Ausgestaltung
des Überlagerungsgetriebes
die Spielfreiheit bzw. -armut entsprechend des axialen Abstandes
zwischen dem antriebsseitigen Zahnrad und dem abtriebsseitigen Zahnrad
eingestellt werden. Es kann also eine hochpräzise und geräuscharme
Leistungsübertragung
erzielt werden.
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Entsprechend
einer Ausführungsform
der Erfindung sind die Zahnräder
und die Planetenräder
jeweils schräg
verzahnt ausgebildet. Hierdurch wird die Laufruhe des Getriebes
gesteigert, da Eingriff und Ablösung
der Zähne
allmählich
erfolgen und der Überdeckungsgrad
durch einen gleichzeitigen Eingriff mehrerer Zähen gesteigert wird. Zusätzlich wird die
Tragfähigkeit
des einzelnen Zahnrads verbessert.
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In
Weiterbildung der Erfindung kreuzen sich die Antriebs- und die Abtriebswelle
unter einem Achswinkel. Dies hat den Vorteil, dass das erfindungsgemäße Überlagerungsgetriebe
auch in Bereichen mit schwierigen Bauraumbedingungen zum Einsatz
kommen kann.
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Es
ist eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, dass
die Planetenräder
ebenfalls als konisch evolvente Zahnräder ausgeführt sind. Durch diese Maßnahme können die
Planetenräder auch
bei einem sehr großen
Konuswinkeln des antriebsseitigen und des abtriebsseitigen Zahnrads
unter einem kleinen Kippwinkel im Planetenträger geführt werden.
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In
Weiterbildung der Erfindung sind mindestens drei Planetenräder vorgesehen.
Dies hat den Vorteil, dass eine kompakte Leistungsübertragung möglich wird
und das erfindungsgemäße Überlagerungsgetriebe
somit kleinbauend ausgeführt
werden kann.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung kreuzen sich die Antriebs- und die Abtriebswelle unter
einem Achswinkel von 8°,
wobei das antriebsseitige und das abtriebsseitige Zahnrad jeweils
mit einem Konuswinkel im Bereich von 8°–12° ausgeführt ist. Vorteilhafterweise
liegt hierbei eine jeweilige Zähnezahl
des antriebs- und des abtriebsseitigen Zahnrads im Bereich 17 bis
27 Zähne.
Hierdurch sind mittlere Übersetzungen
im Bereich von 5 bis 15 realisierbar, die mit Stirnrädern aufgrund
der Profilverschiebungsgrenzen nicht erreichbar sind. Zudem zeichnet
sich eine derartige Ausgestaltung des Überlagerungsgetriebes durch
einen günstigen Wirkungsgrad
aus.
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Es
ist eine alternative Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Überlagerungsgetriebes,
dass die Antriebs- und die Abtriebswelle konzentrisch zueinander
angeordnet sind, wobei das antriebsseitige und das abtriebsseitige
Zahnrad jeweils einen Konuswinkel im Bereich von –1° bis –4° aufweist.
Vorteilhafterweise liegt hierbei die jeweilige Zähnezahl des antriebs- und des
abtriebsseitigen Zahnrads im Bereich 37 bis 47 Zähne. Hierdurch ist eine mittlere Übersetzung
von 12 bis 30 realisierbar.
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Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen
werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
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Es
zeigt:
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1 eine
schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Überlagerungsgetriebes gemäß einer
ersten Ausführungsform;
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2 eine
perspektivische Ansicht des Überlagerungsgetriebes
aus 1, ohne Wellen;
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3 eine
schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Überlagerungsgetriebes gemäß einer
zweiten Ausführungsform;
und
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4 eine
perspektivische Ansicht des Überlagerungsgetriebes
aus 3, ohne Wellen.
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In 1 ist
eine erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Überlagerungsgetriebes
in einer schematischen Darstellung zu sehen. Dieses Überlagerungsgetriebe
weist eine Antriebswelle 1 und eine Abtriebswelle 2 auf,
welche sich unter einem Achswinkel αK kreuzen
und an einander zugewandten Enden Zahnräder 3 und 4 tragen.
Dabei sind das antriebsseitige Zahnrad 3 und das abtriebsseitige
Zahnrad 4 als konisch evolvente Zahnräder ausgebildet und stehen über außenliegende
Planetenräder 5a–5c,
von welchen in dieser Ansicht allerdings nur Planetenrad 5a zu
sehen ist, miteinander in Kontakt. Die Planetenräder 5a–5c liegen
in Form zylindrischer Zahnräder
vor und sind über
einen gemeinsamen Planetenträger 6 geführt. Dieser
Planetenträger 6 ist hierbei
konzentrisch zur Antriebswelle 1 angeordnet und ermöglicht eine
Rotation der Planetenräder 5a–5c um
ihre jeweiligen Längsmittelachsen.
Wie des Weiteren aus der perspektivischen Ansicht in 2 hervorgeht,
sind sowohl das antriebsseitige Zahnrad 3 und das abtriebsseitige
Zahnrad 4 als auch die Planetenräder 5a–5c jeweils
schräg
verzahnt ausgebildet.
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Bei
einer Rotation der Antriebswelle 1 wird die Drehbewegung
durch das antriebsseitige Zahnrad 3 mittels der Planetenräder 5a–5c übersetzt
auf das abtriebsseitige Zahnrad 4 und damit die Abtriebswelle 2 übertragen.
Im Normalbetrieb findet diese Übertragung
nur durch eine Rotation der Planetenräder 5a–5c um
ihre Längsmittelachsen
statt. Wird nun allerdings der Planetenträger 6 relativ zur
Antriebswelle 1 verdreht, so wird die Drehbewegung der
Antriebswelle 1 mit einer zusätzlichen Drehbewegung überlagert,
was je nach Drehrichtung des Planetenträgers 6 eine Verstärkung oder
Verminderung der auf die Abtriebswelle 2 übersetzten
Drehbewegung bewirkt. Hierdurch kann im Extremfall bei Rotieren der
Antriebswelle 1 ein Stillstehen der Abtriebswelle und im
umgekehrten Fall auch bei still stehender Antriebswelle 1 ein
Rotieren der Abtriebswelle 2 erreicht werden. Dies macht
das erfindungsgemäße Überlagerungsgetriebe
insbesondere für
Lenksysteme bei Kraftfahrzeugen geeignet, da beispielsweise bei Parkmanövern ein,
durch den Fahrzeugführer
vorgegebener Lenkwinkel verstärkt
oder im normalen Fahrbetrieb unerwünschten Einflüssen wie
Seitenwind gezielt entgegensteuert werden kann. Bei der in 1 und 2 dargestellten
Ausführung
des erfindungsgemäßen Überlagerungsgetriebes
kreuzen sich die Antriebswelle 1 und die Abtriebswelle 2 unter einem
Achswinkel αK von 8°,
wobei das antriebsseitige Zahnrad 3 einen Konuswinkel von
10,1° und
das abtriebsseitige Zahnrad 4, einen Konuswinkel von 9,89° aufweist.
Dabei sind mit Zähnezahlen
des antriebsseitigen Zahnrads 3 in Höhe von 20 und des abtriebsseitigen
Zahnrads 4 in Höhe
von 23 mittels der Planetenräder 5a bis 5c mit
jeweils 17 Zähnen
mittlere Übersetzungen
im Bereich von 5 bis 15 erreichbar.
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In 3 ist
eine schematische Ansicht einer alternativen, zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Überlagerungsgetriebes
zu sehen. Im Unterschied zu der im Vorfeld beschriebenen Variante
sind in diesem Fall die Antriebswelle 1 und die Abtriebswelle 2 konzentrisch
zueinander angeordnet, wobei das antriebsseitige Zahnrad 3' mit dem abtriebsseitigen
Zahnrad 4' über konisch
evolvente Planetenräder 5a'–5c' in Wirkverbindung
steht. Diese Ausgestaltung geht auch insbesondere aus der perspektivischen
Ansicht in 4 hervor. Mittels dieser Ausführung der
Erfindung sind mit Zähnzahlen
des antriebsseitigen Zahnrads 3' in Höhe von 40 und des abtriebsseitigen
Zahnrads 4' in
Höhe von
43 mittels der Planetenräder 5a'–5c' mit jeweils
17 Zähnen
mittlere Übersetzungen
im Bereich von 12 bis 30 realisierbar. Dabei beträgt ein Konuswinkel
des antriebsseitigen Zahnrads 3' und des abtriebsseitigen Zahnrads 4' jeweils –3°, während die
Verzahnungen der Planetenräder 5a'–5c' jeweils unter
einem Winkel von 3° liegen.
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Das
erfindungsgemäße Überlagerungsgetriebe
zeichnet sich aufgrund der Fertigungsmöglichkeit der konisch evolventen
Zahnräder
mittels üblicher
Herstellungsverfahren durch einen niedrigen Herstellungsaufwand
aus. Zudem kann die Spielfreiheit bzw. -armut des Überlagerungsgetriebes
durch gezielte Veränderung
des Abstandes zwischen dem antriebsseitigen Zahnrad 3 bzw. 3' und dem abtriebsseitigen
Zahnrad 4 bzw. 4' eingestellt
werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebswelle
- 2
- Abtriebswelle
- 3,
3'
- antriebsseitiges
Zahnrad
- 4,
4'
- abtriebsseitiges
Zahnrad
- 5a–5c, 5a'–5c'
- Planetenräder
- 6
- Planetenträger
- αK
- Achswinkel
