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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der elektrischen Servolenkung für Kraftfahrzeuge und insbesondere das Untersetzungsgetriebe, das es ermöglicht, das von einem elektrischen Hilfsmotor erzeugte Drehmoment auf die mechanische Lenkverbindung zu übertragen, die das Lenkrad des Fahrzeugs mit den gelenkten Rädern verbindet.
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Stand der Technik
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Eine elektrische Servolenkung für ein Kraftfahrzeug umfasst im Allgemeinen einen mechanischen Teil mit einem Lenkrad, das mit einer Lenksäule drehbar verbunden ist, deren vom Lenkrad abgewandtes Ende ein Lenkritzel trägt, das mit einer Zahnstange in Eingriff steht, die in einem Lenkgehäuse verschiebbar montiert ist. Die beiden gegenüberliegenden Enden der Zahnstange sind über Stangen mit rechten bzw. linken gelenkten Rädern des Fahrzeugs verbunden. Zur Unterstützung der vom Fahrer des Fahrzeugs auf das Lenkrad ausgeübten manuellen Kraft umfasst ein solches Lenksystem einen elektrischen Hilfsmotor mit zwei Drehrichtungen, dessen Ausgangswelle über ein Untersetzungsgetriebe mit der mechanischen Lenkverbindung zwischen der Lenksäule und den gelenkten Rädern des Fahrzeugs verbunden ist, um ein Motordrehmoment (gegebenenfalls auch ein Widerstandsmoment) zur Unterstützung auf die Lenksäule zu übertragen. Der elektrische Hilfsmotor wird von einem elektronischen Bordcomputer gesteuert, der diverse Signale empfängt und verarbeitet, die von Sensoren stammen, darunter insbesondere ein Sensor für das vom Fahrer des Fahrzeugs auf die Lenksäule ausgeübte Drehmoment.
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Es sind diverse Untersetzungsgetriebe bekannt, die insbesondere mit einer Schnecke und einem Schneckenrad versehen sind. Die japanische Patentanmeldung Nr.
JP2006117049 beschreibt ein Schnecken-Untersetzungsgetriebe mit einer Spaltausgleichsfeder, die elastische Lamellen umfasst. Die Feder ist zum Aufklipsen auf ein Lager der Schnecke ausgebildet, das auf der dem Motor gegenüberliegenden Seite angeordnet ist und sich mit diesem innerhalb eines länglichen Gehäuses bewegt, das in der das Untersetzungsgetriebe aufnehmenden Verkleidung eingearbeitet ist. Das Gehäuse ist mit einem wasserdichten Stopfen verschlossen. Die elastischen Lamellen sind so angeordnet, dass diese die Schnecke gegen das Schneckenrad drücken und so den Spalt zwischen der Schnecke und dem Schneckenrad ausgleichen. Dieser Spalt ist insbesondere auf geometrische Streuungen bei der Herstellung mechanischer Bauteile, auf Temperaturschwankungen und auf normalen Verschleiß im Einsatz zurückzuführen. Der Abschnitt des Gehäuses, der die Feder aufnimmt, weist eine komplexe, längliche Form mit einem Hohlraum zur Aufnahme der elastischen Lamellen auf. Diese komplexe Form kann nur durch einen zusätzlichen Bearbeitungsvorgang geschaffen werden, der im Vergleich zu den anderen maschinellen Bearbeitungsvorgängen, die zur Herstellung des Gehäuses des Untersetzungsgetriebes in der Verkleidung erforderlich sind, komplex und langwierig ist und eine sehr hohe Form- und Positionierungsgenauigkeit erfordert.
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Es ist daher wünschenswert, ein Schnecken-Untersetzungsgetriebe bereitzustellen, das die Stoß- und Klappergeräusche oder -Vibrationen („Spiel-/Klappergeräusche“) reduzieren kann, die beim Fahren auf unebenem Untergrund (Kopfsteinpflaster, unebener Straße, Straßenfugen usw.) oder beim Umkehrlenken entstehen. Außerdem ist es wünschenswert, die Anzahl der Bauteile, die Komplexität der maschinellen Bearbeitung und die Größe eines solchen Untersetzungsgetriebes zu reduzieren und gleichzeitig dessen Lebensdauer zu erhöhen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Ausführungsformen beziehen sich auf ein Untersetzungsgetriebe, das Folgendes umfasst: eine Verkleidung, eine Schnecke, die in einem Gehäuse der Verkleidung angeordnet ist und einen proximalen Abschnitt aufweist, der mit einer Eingangswelle verbunden ist, ein Schneckenrad, das mit einer Ausgangswelle verbunden ist und dazu eingerichtet ist, von der Schnecke in Drehung versetzt zu werden, ein proximales Lager, das den proximalen Abschnitt der Schnecke im Gehäuse hält, ein distales Lager, das einen distalen Abschnitt der Schnecke hält, wobei das distale Lager in einem zylindrischen distalen Abschnitt des Gehäuses angeordnet ist, eine Feder, die im distalen Abschnitt des Gehäuses rund um das distale Lager stationär gehalten wird, wobei die Feder zumindest eine elastische Lamelle umfasst, die zum Anliegen an der Verkleidung und zum Ausüben von Kräften auf das distale Lager in Richtung des Schneckenrads angeordnet und geformt ist.
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Dank dieser Anordnungen ist die Feder in der Verkleidung fixiert und das distale Lager bewegt sich in der Feder. Somit werden die Reibung und der Verschleiß des Gehäuses aufgrund der Verschiebungen der Feder oder des Lagers im Gehäuse, das im Allgemeinen aus Aluminium hergestellt ist, reduziert. Die Reibung tritt hauptsächlich zwischen der Feder und dem distalen Lager auf, die in der Regel aus Stahl hergestellt sind, wobei der Reibungskoeffizient zwischen zwei Stahlteilen relativ geringer als der Reibungskoeffizient eines Stahlteils auf einem Aluminiumteil ist. Darüber hinaus ist es möglich, den seitlichen Spalt zwischen der Feder und dem distalen Lager dadurch zu beseitigen, dass die Form und die Flexibilität der Feder variiert werden.
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Darüber hinaus weist der federseitige distale Abschnitt des Gehäuses eine zylindrische Form auf, die demnach einfach herzustellen ist. Folglich kann die maschinelle Bearbeitung des distalen Abschnitts des Gehäuses im gleichen Arbeitsgang wie die maschinelle Bearbeitung des Gehäuses des proximalen Lagers auf der Motorseite durchgeführt werden, und zwar ohne dass dafür der distale Abschnitt des Gehäuses zur Durchführung der maschinellen Bearbeitung geöffnet werden muss. Somit kann sichergestellt werden, dass die beiden Lager perfekt koaxial sind. Eine solche nicht durchgängige maschinelle Bearbeitung ermöglicht es, einen Stopfen, eine eventuelle Verbindung und Montagevorgänge davon einzusparen.
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Wenn der Spalt zwischen der Feder und der Verkleidung klein ist, verformen sich die beiden Lamellen nur geringfügig, ohne ihre Elastizitätsgrenze zu überschreiten.
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Für den Fall, dass das Untersetzungsgetriebe oder die Antriebs- und Abtriebswellen Stößen ausgesetzt sind, ermöglichen diese Anordnungen, die Geräusche oder Vibrationen der Art von im Untersetzungsgetriebe erzeugten Stoß- und Klappergeräuschen zu reduzieren, die beim Fahren auf unebenem Untergrund oder bei einem Umkehrlenken erzeugt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Feder einen Vorsprung auf, der zum Eingreifen in eine Ausnehmung eingerichtet ist, die im distalen Abschnitt des Gehäuses ausgebildet ist, um die Drehung der Feder im Gehäuse zu blockieren.
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Somit kann die Arretierung der Drehung der Feder in der Verkleidung auf einfache Weise erreicht werden, ohne dass eine komplexe Bearbeitung erforderlich ist.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Vorsprung eine U-Form auf, die sich von der Feder radial nach außen erstreckt.
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Somit kann die Wirkungsrichtung der Lamelle auf einfache Weise dadurch geändert werden, dass nur die Position des Vorsprungs an der Feder geändert wird. Die Änderung dieser Richtung kann in der Tat nützlich sein, um Anpassungen der Untersetzung gemäß den geometrischen Merkmalen des Untersetzungsgetriebes, wie z. B. den Schnittwinkel, dem Schrägungswinkel und dem Druckwinkel, vorzunehmen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Feder flache Seitenabschnitte, die so angeordnet und geformt sind, dass diese das distale Lager in der Richtung zum Schneckenrad und in entgegengesetzter Richtung führen und einen seitlichen Spalt zwischen der Feder und dem distalen Lager beseitigen.
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Auf diese Weise kann die Schnecke exakt in einer Mittelebene des Schneckenrads gehalten werden und somit ein für die Qualität des Eingriffs nachteiliger Fehler im Schnittwinkel vermieden werden. Darüber hinaus trägt die Beseitigung eines solchen Spalts dazu bei, das Geräusch zu reduzieren, das bei Stößen auf das Untersetzungsgetriebe und die Eingangs- und Ausgangswellen wahrscheinlich entstehen kann.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die flachen Seitenabschnitte von der Feder radial nach innen durch Laschen verlängert, die mit dem distalen Lager zusammenwirken, um die Feder axial in distaler Richtung zu blockieren.
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Somit können die axialen Haltelaschen der Feder am distalen Lager durch Biegen von Vorsprüngen gebildet werden, welche die flachen Bereiche des ringförmigen Abschnitts der Feder verlängern, ohne die zylindrische Form des Hauptabschnitts der Feder zu beeinträchtigen. Das Vorhandensein der Laschen, welche die flachen Abschnitte verlängern, ermöglicht es zudem, die letzteren zu versteifen.
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Gemäß einer Ausführungsform weist jede Lamelle eine Krümmung und eine variable Breite zwischen seinem festen Ende und seinem freien Ende auf, die so eingestellt sind, dass eine Änderungskurve der von der Lamelle auf das distale Lager (23) ausgeübten Kraft als Funktion einer Position des distalen Lagers in der Feder erhalten wird.
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Somit kann das Aufprallgeräusch durch Anpassen der Form und der Krümmung jeder elastischen Lamelle reduziert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform verläuft die Änderungskurve der Kraft, die von jeder elastischen Lamelle auf das distale Lager als Funktion einer Position des distalen Lagers in der Feder ausgeübt wird, linear mit einer relativ geringen Steigung, und nimmt danach in der Nähe eines Hubendes des distalen Lagers in Richtung des Schneckenrads schneller zu.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Feder einen ringförmigen Abschnitt, der sich über einen Winkelsektor zwischen 240° und 300° erstreckt, wobei jede elastische Lamelle ein freies Ende und ein festes Ende aufweist, das am ringförmigen Abschnitt befestigt ist.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Feder zwei elastische Lamellen, deren Breite geringer als die Höhe der Feder ist und die so angeordnet sind, dass diese sich in einem Bereich kreuzen, der einem Kontaktbereich zwischen der Schnecke und dem Schneckenrad diametral gegenüberliegt.
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Auf diese Weise werden die Kontaktkräfte, die von der Feder auf das distale Lager ausgeübt werden, ausgeglichen und in Richtung des Schneckenrads ausgerichtet.
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Ausführungsformen können sich auch auf eine Servolenkung für ein Kraftfahrzeug beziehen, wobei die Servolenkung ein Untersetzungsgetriebe umfasst, das zwischen einem Hilfsmotor und einem rotierenden Element eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist, wobei das Untersetzungsgetriebe wie zuvor definiert ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Schneckenrad des Untersetzungsgetriebes an einer Lenksäule des Lenksystems befestigt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Schneckenrad des Untersetzungsgetriebes an einer Ritzelwelle befestigt, die mit einem Zahnstangenritzel des Lenksystems verbunden ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Schneckenrad des Untersetzungsgetriebes an einer Ritzelwelle befestigt, die mit einem zusätzlichen Zahnstangenritzel des Lenksystems verbunden ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Schneckenrad des Untersetzungsgetriebes an einer Force-Feedback-Lenksäule eines Lenksystems ohne mechanische Verbindung zwischen einem Lenkrad und gelenkten Rädern des Kraftfahrzeugs befestigt.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Servolenkung ein weiteres Schnecken-Untersetzungsgetriebe und ein Schneckenrad, wobei die Schneckenräder des Untersetzungsgetriebes und des weiteren Untersetzungsgetriebes jeweils mit Zahnstangenritzeln des Lenksystems verbunden sind.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Die vorliegende Erfindung wird durch die folgende Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren besser verständlich, in denen gleiche Bezugszeichen strukturell und/oder funktionell gleichen oder ähnlichen Elementen entsprechen.
- 1 zeigt eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Kraftfahrzeuglenksystems, das mit einer elektrischen Unterstützung ausgestattet ist.
- 2 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren herkömmlichen Kraftfahrzeuglenksystems, das mit einer elektrischen Unterstützung ausgestattet ist.
- 3 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren herkömmlichen Kraftfahrzeuglenksystems, das mit einer elektrischen Unterstützung ausgestattet ist.
- 4 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Kraftfahrzeuglenksystems, das mit einer elektrischen Unterstützung ausgestattet ist,
- 5 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Kraftfahrzeuglenksystems, das mit einer elektrischen Unterstützung ausgestattet ist,
- 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines konventionellen Schneckengetriebes,
- 7 zeigt eine Querschnittansicht einer im Untersetzungsgetriebe von 6 verwendeten Spaltausgleichsfeder gemäß dem Stand der Technik,
- 8 zeigt eine schematische Längsschnittansicht eines Schnecken-Untersetzungsgetriebes gemäß einer Ausführungsform,
- 9A und 9B zeigen schematische Querschnittansichten des Schnecken-Untersetzungsgetriebes, das eine Spaltausgleichsfeder jeweils ohne und mit der Schnecke gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht,
- 10 zeigt eine schematische Seitenansicht der Spaltausgleichsfeder gemäß einer Ausführungsform,
- 11 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Spaltausgleichsfeder gemäß einer Ausführungsform,
- 12 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Spaltausgleichsfeder gemäß einer Ausführungsform.
- 13 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts der Spaltausgleichsfeder gemäß einer Ausführungsform.
- 14 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts der Spaltausgleichsfeder gemäß einer Ausführungsform.
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Detaillierte Beschreibung
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Die 1, 2 und 3 veranschaulichen Kraftfahrzeug-Lenkvorrichtungen 1a, 1b, 1c für, die mit einer elektrischen Unterstützungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik ausgestattet sind.
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1 zeigt eine Servolenkung 1a des Typs C-EPS („Column type - Electric Power Steering“). 2 zeigt eine Servolenkung 1b des Typs DP-EPS („Dual Pinion --EPS“) mit zwei Ritzeln. 3 zeigt eine Servolenkung des Typs P-EPS („Pinion type - EPS“). Jede der Vorrichtungen 1a, 1b, 1c umfasst eine Lenksäule 3, die mit einem Lenkrad 2 verbunden ist, und eine Zwischenwelle 5, die mittels eines Drehgelenks 4 mit der Lenkwelle 3 verbunden ist. Die Zwischenwelle 5 ist mittels eines Drehgelenks 6 und einer Ritzelwelle 7 mit einem Lenkritzel 7a verbunden. Das Lenkritzel 7a steht mit einer Zahnstange 8 in Eingriff, die in einem Lenkgehäuse 9 verschiebbar montiert ist. Die beiden gegenüberliegenden Enden der Zahnstange 8 sind mittels Stangen 10 jeweils mit den rechten und linken gelenkten Rädern 11 verbunden. Wenn das Lenkrad in Drehung versetzt wird, wird die Lenksäule in Drehung versetzt. Diese Drehung wird durch die Zahnstange 8 in eine Translationsbewegung umgewandelt, welche die Räder 11 dreht.
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Zur Unterstützung der vom Fahrer des Fahrzeugs am Lenkrad 2 ausgeübten manuellen Kraft, umfasst jede der Servolenkvorrichtungen 1a, 1b, 1c ein Motorsystem SM, das einen elektrischen Hilfsmotor M mit zwei Drehrichtungen und ein Untersetzungsgetriebe 17 umfasst. Die Ausgangswelle des Motors M ist mittels des Untersetzungsgetriebe 17 mit der Servolenkung des Fahrzeugs verbunden, um ein Motordrehmoment (möglicherweise auch ein Widerstandsdrehmoment) auf die Lenkung zu übertragen. Das Motorsystem SM umfasst außerdem eine Steuereinheit (einen elektronischen Bordcomputer) ECU, die diverse Signale von Sensoren und insbesondere einem Drehmomentsensor 13 empfängt und verarbeitet und die Steuersignale einer Steuerschaltung DC des Motors M zuführt. Das Untersetzungsgetriebe 17 kann eines des Typs mit einer Schnecke sein, die durch eine Schneckenwelle 18 und ein Schneckenrad 19 gebildet wird, das an der Servolenkung des Fahrzeugs befestigt ist. Der Drehmomentsensor 13 weist z. B. einen Torsionsstab 12 auf, der einen stromaufwärtigen Abschnitt mit einem stromabwärtigen Abschnitt einer Fahrzeuglenkwelle verbindet. Ein Bewegungsmelder 13, der mit dem Torsionsstab 12 verbunden ist, stellt eine Messung der relativen Drehbewegung zwischen den stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Abschnitten der Lenkwelle auf beiden Seiten des Torsionsstabs 12 bereit.
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Bei einer Servolenkung vom Typ C-EPS (1) ist das Schneckenrad 19 des Untersetzungsgetriebes 17 an der Lenksäule 3 befestigt, und der Torsionsstab 12 ist zwischen einem stromaufwärtigen Abschnitt und einem stromabwärtigen Abschnitt der Säule 3 angeordnet.
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Bei einer Servolenkung vom Typ DP-EPS (2) ist das Schneckenrad 19 des Untersetzungsgetriebes 17 an einer Welle 7c befestigt, die durch ein weiteres Ritzel 7b mit der Zahnstange 8 verbunden ist. Der Torsionsstab 12 ist zwischen einem stromaufwärtigen Abschnitt und einem stromabwärtigen Abschnitt der Ritzelwelle 7 angeordnet.
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Bei einer Servolenkung vom Typ P-EPS (3) ist das Schneckenrad 19 des Untersetzungsgetriebes 17 an der Ritzelwelle 7 befestigt, und der Torsionsstab 12 ist zwischen einem stromaufwärtigen Abschnitt und einem stromabwärtigen Abschnitt der Ritzelwelle 7 angeordnet.
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Die 4 und 5 veranschaulichen weitere Kraftfahrzeug-Lenkvorrichtungen 1d, 1e, die mit einer elektrischen Unterstützungsvorrichtung vom Typ SBW („Steer by Wire“) ausgestattet sind. Bei diesen beiden Vorrichtungen ist das Lenkrad 2 nicht mehr mechanisch mit der Zahnstange 8, sondern mittels zweier Motorsysteme SM1, SM2 verbunden, die mit dem zuvor beschriebenen Motorsystem SM identisch sein können. Die Motorsysteme SM1, SM2 sind jeweils durch Wellen 7c, 7d und Ritzel 7a, 7b mechanisch mit der Zahnstange 8 verbunden. Der Drehmomentsensor 13 ist der Lenksäule 3 zugeordnet, wobei die Steuereinheiten ECU der Systeme SM1, SM2 beide die Signale des Sensors 13 empfangen.
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Die Vorrichtung 1e (5) umfasst ein drittes Motorsystem SM3, das mit der Lenksäule 3 verbunden ist, um dem Lenkrad 2 ein ohmsches Drehmoment oder ein Motordrehmoment zuzuführen. Die Steuereinheit des Systems SM3 ist mit den Steuereinheiten der Systeme SM1, SM2 verbunden, um entsprechend den von den Systemen SM1, SM2 erzeugten Steuersignalen eine Kraftrückmeldung am Lenkrad 2 bereitzustellen.
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6 zeigt im Detail ein Schnecken-Untersetzungsgetriebe 117 mit einem Schneckenrad 19 und einer Schnecke 18 gemäß dem Stand der Technik. Das Untersetzungsgetriebe kann an der Lenksäule 3 (1), an einem zusätzlichen Ritzel 7b (2, 4, 5) oder an der Ritzelwelle 7 (3) montiert sein. Die Schneckenwelle 18 ist koaxial angeordnet und mit einer Abtriebswelle 20 des Elektromotors M verbunden, sodass die vom Motor gelieferte mechanische Kraft auf die Welle 18 dadurch übertragen wird, dass diese um ihre Achse in Drehung versetzt wird. Die mit dem Motor M verbundene Welle 18 weist einen proximalen Endabschnitt 18a und einen distalen Endabschnitt 18b auf, der durch einen Mittelabschnitt 18c verbunden ist. Der Mittelabschnitt 18c ist mit Zähnen (nicht dargestellt) versehen, die zum Ineinandergreifen mit Zähnen komplementärer Form eingerichtet sind, die am Umfang des Rads 19 vorgesehen sind, an der Lenksäule 3 befestigt sind und mit dieser koaxial sind. Die Endabschnitte 18a, 18b der Welle 18 werden in der Verkleidung 117a des Untersetzungsgetriebes 117 durch ein proximales Lager 22 und ein distales Lager 23, z. B. einem Kugel- oder Rollenlager, gehalten. Die Lager 22, 23 umfassen jeweils einen Innenring 24, 25, der mit einem der Endabschnitte 18a, 18b der Welle 18 in Berührung steht, und einem Außenring 26, 27. Der Ring 26 des proximalen Lagers 22 ist in der Verkleidung fixiert, während der Ring 27 des distalen Lagers 23 sich linear innerhalb der Verkleidung 117a bewegen kann, um den Bewegungen der Schnecke 18 zu folgen. Das distale Lager 23 wird mittels einer Spaltausgleichsfeder 130 in einem Gehäuse der Verkleidung 117a gehalten. Die Feder 130 umfasst gekrümmte elastische Lamellen 133, die in einem Hohlraum 136 untergebracht sind, der im Umfang des Gehäuses ausgebildet ist, das den Außenring 27 des distalen Lagers 23 aufnimmt. Somit drücken die elastischen Lamellen 133 das distale Lager 23 in die Richtung X1 (in den 6 und 7 gekennzeichnet) des Rads 19.
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7 veranschaulicht die Feder 130. Die Feder 130 umfasst einen ringförmigen Abschnitt 131, der einen Großteil des Außenrings 27 des distalen Lagers 23 umgibt, und die Federlamellen 133. Laschen 134, die sich radial von den proximalen und distalen Rändern des ringförmigen Abschnitts der Feder 130 erstrecken, ermöglichen es, die Feder 130 am Außenring 27 des distalen Lagers 23 zu halten. Die elastischen Lamellen 133 weisen jeweils ein freies Ende und ein Ende auf, das durch Anlageabschnitte 132 mit einem jeweiligen Seitenrand des ringförmigen Abschnitts 131 verbunden ist. Die elastischen Lamellen 133 und die Anlageabschnitte 132 sind im Hohlraum 136 untergebracht, der im Innern der Verkleidung 117a des Untersetzungsgetriebes 117 gebildet ist. Die Feder 130 wird zum Beispiel durch Biegen und/oder Stanzen zu einer Federlamelle geformt. Die Anlageabschnitte 132 sind so geformt, dass diese mit der Innenwand des Hohlraums 136 zusammenwirken, um eine Drehung der Feder 130 in der Verkleidung 117a zu unterbinden. Die elastischen Lamellen 133 sind so geformt, dass deren freien Enden auf dem Boden des Hohlraums 136 aufliegen und das Lager 23 in Richtung des Schneckenrads 19 drücken. Die elastischen Lamellen 133 sind so angeordnet, dass diese sich in der Nähe ihrer jeweiligen freien Enden am Boden des Hohlraums 136 kreuzen. Die elastischen Lamellen 133 bilden somit einen Mechanismus zum Ausgleichen des Eingriffsspalts des mit einem Schneckenrad 19 und einer Schnecke 18 versehenen Untersetzungsgetriebes 117. Dieser Spaltausgleich ermöglicht es, die geometrischen Streuungen, die bei der Herstellung der das Untersetzungsgetriebe 117 bildenden Teile auftreten, sowie Temperaturschwankungen, normalen Betriebsverschleiß, usw. zu absorbieren.
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Das Gehäuse des Untersetzungsgetriebes in der Verkleidung 117a mit länglicher Form entlang einer durch die Richtung X1 definierten Achse und mit dem Hohlraum 136 wird jedoch in einem zusätzlichen, langwierigen Arbeitsgang (Konturierung) maschinell hergestellt, der im Vergleich zu einer anderen Art der maschinellen Herstellung der Verkleidung 117a eine sehr hohe Form- und Positionierungsgenauigkeit erfordert.
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Nach dem Zusammenbau muss das Gehäuse des Untersetzungsgetriebes in der Verkleidung 17a, insbesondere bei Systemen dicht verschlossen werden, die wie die Systeme P-EPS und DP-EPS unter der Haube montiert werden müssen.
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8 zeigt ein Untersetzungsgetriebe 17 mit einer Schnecke 18 und einem Schneckenrad 19 gemäß einer Ausführungsform. Das Untersetzungsgetriebe 17 unterscheidet sich vom Untersetzungsgetriebe 117 dadurch, dass die Feder 130 durch eine Feder 30 ersetzt ist und dass die Verkleidung 117a durch eine Verkleidung 17a ersetzt ist. 8 zeigt die Schnecke 18 und das Schneckenrad 19, die in einem Gehäuse der Verkleidung 17a montiert sind. Das Schneckenrad 19 ist an der Lenksäule 3 befestigt und koaxial zu dieser montiert. Die Schnecke 18 wird im Innern der Verkleidung 17a durch das proximale Lager 22 und das distale Lager 23 gehalten und ist durch ein Kupplungselement 42 mit der Welle des Motors M verbunden. Das distale Lager 23 wird in der Verkleidung 17a durch die Feder 30 geführt, die zum Ausüben einer Kraft auf das distale Lager 23 geformt ist, um das distale Ende der Schnecke 18 in der Richtung X1 zum Rad 19 zu drücken. Die Verkleidung 17a umfasst ein Gehäuse 17b, in dem die Schnecke 18 und die Lager 22, 23 angeordnet sind. Das Gehäuse 17b umfasst einen im Wesentlichen zylindrischen distalen Abschnitt 17c zum Aufnehmen der Feder 30, die das distale Lager 23 umgibt. Die Lager 22, 23 sind z. B. Kugellager.
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Die 9A und 9B zeigen die Feder 30 in der Verkleidung 17a, 9B zeigt außerdem das Lager 23 und die Schnecke 18. Die 10 bis 12 zeigen die Feder allein gemäß einer Ausführungsform. In den 9 bis 12 weist die Feder 30 die Form eines im Wesentlichen zylindrischen Kragens auf, der zwischen zwei Mantellinien der zylindrischen Form offen ist und einen offenen ringförmigen Abschnitt 31 umfasst, d. h. der sich über einen ringförmigen Sektor erstreckt, der kleiner als 360° ist, z. B. im Bereich von 240° bis 300° liegt, z. B. gleich 270° (plus oder minus 10%) beträgt.
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Der ringförmige Abschnitt 31 umfasst einen proximalen ringförmigen Rand 38, einen distalen ringförmigen Rand 39 und einander zugewandte Seitenenden 37. Jedes Seitenende 37 ist teilweise durch eine elastische, gekrümmte Lamelle 32, 33 verlängert. Die Lamellen 32, 33 weisen eine Breite auf, die geringer als die halbe Höhe der Feder 30 ist, und erstrecken sich über eine Länge, die geringer als der Abstand zwischen den Längsrändern 37 ist, um die zylindrische Form zu schließen und sich zum Beispiel in der Mitte zwischen den Längsrändern 37 zu kreuzen. Somit weist die Feder 30 eine Form auf, die symmetrisch zu einer Ebene XZ ist, die durch eine Längsachse Z der Schnecke 8 und senkrecht zu einer Drehachse des Rads 19 verläuft.
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Der distale Rand 39 der Feder 30 wird durch Laschen 34, 34a verlängert, die sich vom ringförmigen Abschnitt 31 radial nach innen erstrecken. Die Laschen 34 sind dazu vorgesehen, die Feder 30 axial am distalen Lager 23 in der proximalen Richtung zu blockieren. In distaler Richtung wird die Feder 30 durch den Boden des Gehäuses 17b oder eine in der Nähe davon gebildete Schulter blockiert. Darüber hinaus kann das Lager 23 durch eine am distalen Ende der Schnecke 18 vorgesehene ringförmige Schulter 18a in proximaler Richtung axial gehalten werden. Das Lager 23 wird durch seinen Presssitz auf der Schnecke 18 auch in distaler Richtung axial blockiert. Die Lamellen 32, 33 sind so angeordnet und geformt, dass diese eine Kraft auf das distale Lager 23 in der Richtung X1 zum Schneckenrad 19 dadurch ausüben, dass diese an der Innenseite der Verkleidung 17a anliegen.
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Die Laschen 34, 34a erstrecken sich jeweils über einen flachen Abschnitt 35, 35a des ringförmigen Abschnitts 31. Die flachen Seitenabschnitte 35 sind so angeordnet und geformt, dass diese die Feder 30 seitlich in der Verkleidung 17a blockieren, um jeglichen seitlichen Spalt des Lagers 23 und der Schnecke 18 zu beseitigen und um das Lager 23 bei seinen Bewegungen entlang der Richtung X1 und der entgegengesetzten Richtung zu führen. Der ringförmige Abschnitt 31 umfasst einen Vorsprung, der zum Eingriff in eine in der Verkleidung 17a ausgebildete Ausnehmung 36 bestimmt ist, um die Drehung der Feder 30 (um die Z-Achse) in der Verkleidung 17a zu blockieren.
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Gemäß einer Ausführungsform wird dieser Vorsprung durch U-förmiges Falzen des Streifens gebildet, der den ringförmigen Abschnitt 31 bildet, sodass der flache Abschnitt 35a vom ringförmigen Teil radial nach außen verschoben wird (9A, 9B). Die Ausnehmung 36 in der Verkleidung 17a kann auch die Feder 30 in distaler Richtung axial blockieren.
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Somit ist die Feder 30 relativ zur Verkleidung 17a fixiert. Der flache Abschnitt 35a ist z. B. in einer Position angeordnet, die dem Kreuzungsbereich der Lamellen 32, 33 radial gegenüberliegt. Der flache Abschnitt 35a bildet zudem einen Index, der es ermöglicht, die Richtung der von den Lamellen 32, 33 auf das Lager 23 ausgeübten Kräfte in Bezug auf die Verkleidung 17a zu ermitteln. Die Richtung der von den Lamellen 32, 33 ausgeübten Kräfte kann dadurch fein eingestellt werden, dass die Position der Form 35a am ringförmigen Abschnitt 31 der Feder 30 in Bezug auf die Richtung X1 eingestellt wird, die zum Beispiel durch Stanzen und/oder Biegen einer Federlamelle hergestellt werden kann. Hierbei sei angemerkt, dass der flache Abschnitt 35a nicht mit der Verkleidung in Berührung steht und nur die Seitenabschnitte, die den flachen Abschnitt 35a mit dem Rest der Feder verbinden, die Winkelposition der Feder 30 um die Z-Achse definieren.
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Gemäß einer Ausführungsform werden die flachen Abschnitte 35 durch die Bildung von Falzen versteift. Hierbei sei jedoch angemerkt, dass die Verlängerung der flachen Abschnitte 35, 35a durch gebogene Laschen zur Versteifung dieser Abschnitte beiträgt.
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Unter dem Unterstützungsmoment ziehen sich die elastischen Lamellen 32, 33 durch Entfalten zurück, indem diese gegen die Verkleidung 17a drücken, da sich die Schnecke 18 in entgegengesetzter Richtung zum Rad 19 bewegt. Dank dieser Entfaltung sind die lokalen Verformungen der elastischen Lamellen 32, 33 sehr gering, und somit werden die Risiken einer plastischen Verformung und einer Materialermüdung der elastischen Lamellen minimiert.
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Die Krümmung der elastischen Lamellen 32, 33 in Richtung des Lagers 23 und deren Profile mit unterschiedlichem Querschnitt entlang der Lamellen sind so definiert, dass diese Kräfte ausüben, deren Intensität gemäß dem Hub definiert ist. In einer Ausführungsform sind die Krümmung und Form der Lamellen 32, 33 so definiert, dass der Wert der ausgeübten Kräfte gemäß dem Hub zunächst linear mit einer leichten Steigung variiert, und danach am Ende des Hubs schneller ansteigt. Infolgedessen steigt der Wert der ausgeübten Kräfte bei Annäherung an die Anlageposition des Lagers 23 in der Verkleidung 17a aufgrund der Entfaltung der Lamellen (Verkürzung des Hebelarms) rasch an. Somit wird das Stoßgeräusch, das wahrscheinlich aufgrund eines brutalen Kontakts des Lagers 23 am Ende des Hubs mit der Verkleidung 17a auftritt, reduziert.
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Beim Anliegen liegen die Krümmungsradien der Außenseite des Lagers 23, der ausgeklappten Flügel 32, 33 und des Gehäuses in der Verkleidung 17a nahe beieinander. Dies führt zu Kontakten mit gut verteilten Drücken, wodurch zu stark lokalisierte Druckspannungskonzentrationen vermieden werden, welche die Lebensdauer der Feder 30 und insbesondere der Lamellen 32, 33 beeinträchtigen könnten.
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Gemäß einer in 13 dargestellten Ausführungsform werden die flachen Abschnitte 35 der Feder 30 durch geradlinige Rippen 35' ersetzt, welche die gleichen Funktionen erfüllen, wobei diese Rippen durch Einprägen des ringförmigen Abschnitts nach innen hergestellt werden können.
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Gemäß einer in 14 dargestellten Ausführungsform ist die Lasche 35a der Feder 30 durch ein spatelartiges Element 40 ersetzt, das es ermöglicht, die Montage der Feder im Gehäuse zu erleichtern. Bei der Montage der Feder 30 wird vorübergehend eine Führung im Gehäuse des Rads 19 positioniert. Diese Führung gewährleistet die Kontinuität zwischen einer Durchgangs- und Ausrichtungskerbe, die am Eingang des Gehäuses 17b angeordnet ist, und einer Kerbe, die im distalen Abschnitt 36 des Gehäuses 17b angeordnet ist. Zwischen diesen beiden Kerben befindet sich das Fenster/der Schnittpunkt (Eingriffsbereich) zwischen der Bohrung mit der Schnecke 18 und der Kammer mit dem Rad 19. Die spatelartige Form 40 erleichtert den Eintritt in den Durchgang und danach die Führung des distalen Abschnitts 36.
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Für den Durchschnittsfachmann ist es offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung in diversen Ausführungsformen und für diverse Anwendungen eingesetzt werden kann. Die Erfindung ist insbesondere nicht auf die zuvor beschriebene Form der Feder 30 beschränkt. Die Feder 30 kann vielmehr nur eine elastische Lamelle umfassen, die so angeordnet ist, dass diese auf das distale Lager 23 eine Kraft in Richtung des Schneckenrads 19 ausübt.
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Darüber hinaus kann die Feder in der Verkleidung durch andere Einrichtungen als einen Vorsprung gehalten werden, der in eine Ausnehmung in der Verkleidung eingreift. So kann die Ausnehmung z. B. in der Feder und der Vorsprung in der Verkleidung ausgebildet sein.
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Darüber hinaus kann das Untersetzungsgetriebe in anderen mechanischen Systemen als einem Kraftfahrzeug-Servolenksystem verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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