DE2603306A1

DE2603306A1 - Servoaggregat

Info

Publication number: DE2603306A1
Application number: DE19762603306
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing Grad Steinmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-01-29
Filing date: 1976-01-29
Publication date: 1977-08-04
Also published as: IT1081701B; FR2339520A1

Description

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18.12.1975 Vo/Ht

Anlage zur
Patent- und
Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart Servoaggregat

Die Erfindung betrifft ein Servoaggregat, insbesondere für die Hilfskraftlenkung von Kraftfahrzeugen, bei dem ein Hilfsmoment über wenigstens eine Schling- bzw. Spreizfederkupplung eingeleitet wird.

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Bei einem bekannten, in erster Linie als Lenkhilfe beim Parkieren des Fahrzeugs gedachten Servoaggregat sind Antriebs- und Abtriebsteil der Lenkwelle über ein Drehmomentmeßglied drehfest miteinander verbunden. Beim Parkieren wird ein als Elektromotor ausgebildeter Hilfsantrieb entsprechend der Richtung des Lenkeinschlages in jeweils eine zugeordnete Drehrichtung eingeschaltet. Abhängig vom am Meßglied abgegriffenen Drehmoment wird dann das vom Hilfsantrieb aufgebrachte Drehmoment über eine symmetrisch aufgebaute und deshalb in beiden Drehrichtungen wirksame Spreizfederkupplung in die Lenkwelle eingeleitet, wodurch die manuelle Lenktätigkeit des Fahzeuglenkers unterstützt wird. Diese Lenkvorrichtung arbeitet für den vorgesehenen Zweck als Parkierhilfe - wobei sie nur zeitweilig in Betrieb genommen werden muß - vollkommen zufriedenstellend. Verlangt man nun bei einem insbesondere schweren Fahrzeug mit höheren erforderlichen Lenkkräften, daß die Lenkvorrichtung während der gesamten Betriebszeit des Fahrzeugs im Einsatz ist, so ergeben sich bei der bekannten Lenkvorrichtung je nach der Betriebsart des Fahrzeugs - z. B. Stadtverkehr mit vielen Lenkvorgängen - sehr hohe Schaltspielzahlen des elektrischen Hilfsantriebs. Da nicht nur Ein- und Aus- sondern auch Drehrichtungsums ehalt ungen vorgenommen werden müssen,· können Schaltspielzahlen in der Größenordnung von 10 bis 10 erreicht werden. Es hat sich nun gezeigt, daß die Auslegung eines Elektromotors, der derartigen Belastungen standhält, sehr aufwendig und schwierig ist. Außerdem wären konstruktive Maßnahmen an der Spreizfederkupplung erforderlich, um den auftretenden Schaltruck zu dämpfen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Lenkvorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der der Hilfsantrieb dauernd, d. h. während des Betriebs des Motors des Fahrzeugs, in das die Lenkvorrichtung eingebaut ist, eingeschaltet sein kann.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß zwei asymmetrisch aufgebaute, jeweils nur in einer Drehrichtung eingreifende Schling- bzw. Spreizfederkupplungen angeordnet sind.

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Das hat den Vorteil, daß als Hilfsantrieb ein herkömmlicher Elektromotor verwendet werden .kann. Der Elektromotor muß nur beim Inbetriebsetzen des Aggregats, insbesondere des Kraftfahrzeugs, ein- und beim Außerbetriebsetzen des Aggregats ausgeschaltet werden.

Besonders vorteilhaft läßt sich die Erfindung bei einem Servoaggregat mit einer manuell betätigbaren Antriebswelle, die über mindestens ein, die Kupplungen steuerndes Torsionsglied mit einer Abtriebswelle verbunden ist, dadurch verwirklicht, daß jede der Schling- bzw. Spreizkupplungen ein vom Hilfsantrieb antreibbares topfförmiges, koaxial zur Lenkwelle angeordnetes Bauteil aufweist, in dem eine mit der Antriebswelle verbundener, topfförmiger Mitnehmer mit einer Aussparung seiner zylindrischen Wandung und ein an der Abtriebswelle befestigtes Kupplungsteil angeordnet sind, welches Kupplungsteil einen Vorsprung aufweist, der in die Aussparung der zylindrischen Wandung des Mitnehmers mit in Umfangsrichtung gelegenen Zwischenräumen hineinragt, wobei im Innern des topfförmigen Bauteils als Kupplungsglied eine Schling- oder Spreizfeder angeordnet ist, deren abgewinkelte, vorzugsweise nach innen abgewinkelte, Enden in die Zwischenräume hineinragen.

Sehr zweckmäßig ist, daß bei jeder Kupplung in Drehrichtung des Drehmoments gesehen, auf das sie anspricht, in Ruhestellung des Servoaggregats der Winkelabstand <=£ zwischen der vorderen Kante der Wandung des Mitnehmers des Kupplungsteils größer ist als der Winkelabstand /3 zwischen der hinteren Kante der Wandung des Mitnehmers und der zugeordneten Auflagefläche des hakenförmigen Endes der Schlingfeder bzw. Spreizfeder und der Winkelabstand 6 zwischen dem vorderen Rand des Vorsprungs des Kupplungsteils und der Auflagefläche größer oder gleich der Summe aus Winkelabstand oC und Steuerwinkel f ist, wobei der Steuerwinkel ψ der Winkelabstand ist, um den sich die abgewinkelten Enden bei eingekuppelter gegenüber ausgekuppelter, entspannter Schling- oder Spreizfeder gegeneinander verstellen.

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Weitere vorteihafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 ein als Lenkvorrichtung eingesetztes Servoaggregat in der Ansicht,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Servoaggregat längs II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Servoaggregat längs HI-III der Fig. 2,

Fig. h Querschnitt durch das Servoaggregat längs und 5 IV-IV und V-V der Fig. 3 in Ruhestellung,

Fig. 6 die gleichen Schnitte wie Fig. k und 5 bei und 7 manuell auf die Antriebswelle des Servoaggregats aufgebrachtem Drehmoment.

Das in der Zeichnung dargestellte, als Lenkvorrichtung eingesetzte Servoaggregat hat eine Antriebswelle 10 und eine Abtriebswelle 11; in der Lenkvorrichtung bilden sie die Lenkwelle. Im Folgenden wird das Servoaggregat der Anschaulichkeit halber in seiner Funktion als Lenkvorrichtung beschrieben. Natürlich läßt es sich auch an anderer Stelle - z„ B. an einem Fensterheber - einsetzen. An der Antriebswelle 10 ist ein nicht dargestelltes Lenkrad etwa eines Kraftfahzeuges, in das die Lenkvorrichtung eingebaut ist, befestigt. Auf der einstückig verbundenen Lenkwelle sind zwischen der Antriebswelle IO und der Abtriebswelle 11 zwei asymmetrisch aufgebaute Kupplungen 12, 13 angeordnet, von denen jede nur in einer Drehrichtung eines Lenkmoments anspricht. Innerhalb jeder Kupplung 12, 13 weist die Lenkwelle Wellenstücke 14, 15 mit vermindertem Querschnitt auf, die als Torsionsglieder dienen und von dem am

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Lenkrad manuell aufgebrachten Lenkmoment tordiert werden. Die Abtriebswelle 11 ist mit einem üblichen Lenkgetriebe verbunden, das in der Zeichnung allerdings nicht dargestellt ist.

Jede der beiden Kupplungen 12, 13 ist grundsätzlich gleich aufgebaut. Mit der Antriebswelle 10 .ist drehfest ein topfförmiger Mitnehmer 16 verbunden, dessen zylindrische Wandung 18 eine Aussparung 17 aufweist (Pig. 4 und 5)·

Von der Antriebswelle 10 her gesehen ist hinter dem Wellenstück Ik mit vermindertem Querschnitt an einem Zwischenstück 19 mit unvermindertem Querschnitt über einen Querbolzen 20 ein zylindrisches Kupplungsteil 21 drehfest angeordnet, welches das als Torsionsglied dienende Wellenstück mit vermindertem Querschnitt koaxial umgibt. An seinem dem Querbolzen 20 abgewandten Ende trägt das zylindrische Kupplungsteil 21 eine flanschartige Platte 22, an der wiederum ein sich im wesentlichen parallel zur Achse der Lenkwelle erstreckender Vorsprung 23 angeordnet ist. Der Vorsprung 23 weist die gleiche zylindrische Krümmung auf, wie die Wandung 18 des Mitnehmers 16; er greift in die Aussparung 17 der zylindrischen Wandung 18 des Mitnehmers 16 mit in Umfangssrichtung gelegenen Zwischenräumen hinein (Fig. 4 und 5).

Koaxial sitzt auf der Lenkwelle 10, 11 gegenüber dieser frei drehbar ein topfförmiges Bauteil 24, das den Mitnehmer 16 und den Vorsprung 23 umschließt. Auf der zylindrischen Außenfläche trägt das topfförmige Bauteil 24 einen Zahnkranz 25, in welchen ein Zahnriemen 26 eingreift. Auf der anderen Seite liegt der Zahnriemen 26 auf einer mit einem Getriebe 27 drehfest verbundenen Riemenscheibe 28. Das Getriebe 27 wird wiederum vom Motorritzel eines als Elektromotor 29 ausgebildeten Hilfsantriebs in Rotation versetzt. Bei dem Elektromotor 29 handelt es sich beispielsweise um einen mit Permanentmagneten versehenn Gleichstromkleinmotor.

An der zylindrischen Innenwandung des topfförmigen Bauteils 24 liegt mit geringer Vorspannung als Kupplungsglied eine

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Schlingfeder 30. Die Schlingfeder kann mehrere Windungen haben und hat nach innen abgewinkelte Enden 31, 32, die in die Zwischenräume zwischen dem Vorsprung 23 und der Wandung 18 des Mitnehmers 16 innerhalb der Aussparung 17 eingreifen.

In den Figuren 4 und 5 sind die Schling- bzw. Spreizfederkupplungen 12, 13 in Ruhestellung der Lenkung,- d. h. ohne Lenkeinschlag dargestellt. Das topfförmige Bauteil 24 der Kupplung 12 wird dabei in Richtung des Drehpfeiles 33 in der oben beschriebenen Art vom Elektromotor 29 ständig angetrieben. In gleicher Weise wird das topfförmige Bauteil 24' der Kupplung 13 über einen Zahnriemen 26' angetrieben. Die Drehrichtung des topfförmigeη Bauteils 24' verläuft, da zwischen das Getriebe 27 und die zugeordnete Riemenscheibe 28' noch ein Wendegetriebe 35 geschaltet ist, in Richtung des Drehpfeiles 34, der der Richtung des Drehpfeiles 33 entgegengesetzt ist. In Drehrichtung des Drehpfeiles 33 gesehen ist bei der Kupplung 12, die bei einem in Richtung des Drehpfeiles 33 gerichteten Drehmoment anspricht, in der erwähnten Ruhestellung der Winkelabstand <jL. zwischen der vorderen Auflagefläche des Endes 31, 31' der Schling- bzw. Spreizfeder 30, 30' und dem hinteren Rand 37 des Vorsprungs 23 des Kupplungsteils 21 größer als der Winkelabstand β zwischen der hinteren Kante 38 der Wandung 18.des Mitnehmers 16 und der zugeordneten Auflagefläche 39 des hakenförmigen Endes 32 der Schling- bzw. Spreizfeder 30. Der Winkelabstand (f zwischen dem vorderen Rand 40 des Vorsprungs 23 des Kupplungsteils 21 und der Auflagefläche 39 ist größer oder gleich der Summe aus Winkelabstand JU und Steuerwinkel ^ . Der Steuerwinkel $ ist der Winkelabstand, um den sich die abgewinkelten Enden 31, 32 bei eingekuppelter gegenüber ausgekuppelter, entspannter Schling- oder Spreizfeder 30 gegeneinander verstellen. Er kommt zustande, weil die Schling- oder Spreizfeder 30 in ein- bzw. ausgekuppelter Stellung wenn auch nur gering· unterschiedlichen Durchmesser aufweist. In der dargestellten Ruhestellung wird die

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Schling- bzw. Spreizfeder 30 in der Innenwandung des sich in Richtung des Drehpfeiles 33 drehenden topfförraigen Bauteils aus der in Fig. 4 dargestellten Stellung soweit mitgenommen, bis die Auflagefläche 39 des hakenförmig abgebogenen Endes 32 der Schling- bzw. Spreizfeder 30 auf der hinteren Kante 38 der Wandung 18 des Mitnehmers l6 zur Anlage kommt. Dadurch wird die Schlingbzw. Spreizfeder 30 zusammengezogen und die Kupplung gelöst₃ so daß von dem rotierenden topfförmigen Bauteil 24 kein Drehmoment auf den Mitnehmer 16 übertragen werden kann.

Dreht der Fahrer des Fahrzeugs nun aber an dem an der Antriebswelle 10 angeordneten Lenkrad in Richtung des Drehpfeiles 33, so wird das Wellenstück 14 mit vermindetem Querschnitt verdreht, wodurch sich der Mitnehmer 16 um den Winkel λ in die in Fig. dargestellte Stellung verdreht. Das hakenförmige Ende 31 stößt nun gegen den Vorsprung 23, der seine bisherige Stellung beibehalten wird: Jetzt wird der Winkel OC Null und der Winkel β bleibt größer als Null und das hakenförmige Ende 32 kann an der Kante 38 nicht mehr zur Auflage kommen. Die Schling- bzw. Spreizfeder 30 wird dadurch aufgeweitet, so daß sie sich um so stärker gegen die zylindrische Innenwandung des topfförmigen Bauteils 24 preßt, je größer das am Lenkrad (Antriebswelle 10) aufgebrachte Drehmoment, bzw. die daraus resultierende Verdrehung des Torsionselements 14 oder 15 ist, wobei die dabei erzeugte Reibungskraft das vom Elektromotor 29 übertragene Drehmoment mehr und mehr auf den Vorsprung 23 und damit auf die Abtriebswelle der Kupplung - hier also das Zwischenstück 19 der Lenkwelle - überträgt. Sobald der Torsionswinkel A , der von dem Torsionsmoment, im Wellenstück 14 abhängig ist, unter einen bestimmten Wert abfällt, kann indessen wieder das hakenförmige Ende 32 mit seiner Auflagefläche 39 auf der hinteren Kante 38 der Wandung l8 des 'Mitnehmers l6 anliegen, so daß die Feder wieder zusammengezogen wird und die Kupplung wieder löst. Das von der Kupplung übertragen e Drehmoment ist also abhängig von Torsionswinkel Λ , der wiederum eine Funktion des Torsionsmomentes im als Torsionsglied wirkenden Wellenstück 14 ist. Durch Variation der Winkel oC und & kann also die Ansprechempfindlich-

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keit der Kupplung varriert werden. Bei einer großen Differenz dieser Winkel tritt eine ServounterStützung der Lenfcbewegung erst bei einem großen Torsionsmoment auf, bei einer kleinen Differenz gelangt die Kupplung bereits bei kleinen übertragenen Torsionsmomenten in Eingriff. Normalerweise werden die Winkel so dimensioniert, daß schon bei einem nur wenig von Null verschiedenen Torsionsmoment der Motor die manuelle Bewegung der Antriebswelle 10 unterstützt.

Wie aus den Figuren 4 und 5 ersichtlich, ist bei den Kupplungen und 13 der Winkelabstand oC kleiner als der Winkelabstand β + S zwischen dem vorderen Rand 40 des Vorsprungs 23 des Kupplungsteils 21 und der hinteren Kante 38 der Wandung 18 des Mitnehmers l6. Durch diesen asymmetrischen Aufbau xtfird erreicht, daß die Kupplung 12 nur in Richtung des Drehpfeiles 33 anspricht bzw. die Kupplung 13 nur in Richtung des Drehpfeiles 34 anspricht. Die Punktion der Kupplung 13 entspricht sinngemäß der oben beschriebenen Punktion der Kupplung 12] der einzige Unterschied liegt bei der - wie Fig. 5 erkennen läßt - spiegelbildlich aufgebauten Kupplung 13 darin, daß die beschriebenen Vorgänge in Richtung des Drepfeiles 34 ablaufen.

Wesentlich an dem beschriebenenen, als Lenkvorrichtung eingesetzten Servoaggregat ist, daß das Einkuppeln des Servomoments über die topfförmigen Bauteile 24, 24' nur dann möglich ist, wenn das Torsionsmoment und damit der Torsionswinkel Λ größer als Null ist. Nur unter dieser Bedingung kann sich die Schling- bzw. Spreizfeder 30, 30' mit einem Ende an dem Vorsprung 23» 23' abstützen und damit aufspreizen, wobei jede Kupplung 12, 13 in Richtung des ihr zugeordneten Drehteils 33, 34 greift. Bei einem Torsionsmoment gleich Null, was einen Torsionswinkel \ gleich Null bedeutet, wird dagegen die Schlingfeder 30, 30' immer aufgezogen. Dies gilt unabhängig davon, ob die Antriebswelle 10 oder das topfförmige Bauteil 24 oder die Abtriebswelle 11 verschwenkt wir-d. Dadurch wird bei der

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Lenkvorrichtung auch das gewohnte freie Zurücklaufen der Räder am Kurvenausgang ermöglicht, wobei sich das topfförmige Bauteil 24 oder 24' jeweils einer Kupplung 12, 13 in einer Drehrichtung entgegengesetzt der Drehrichtung der Lenkwelle dreht, ohne daß dadurch die Lenkung beeinträchtigt wird. Wie schon oben angedeutet, geschieht das Einrücken der Schlingbzw. Spreizfederkupplung mit steigendem Lenkmoment kontinuierlich. Anstelle der bei allen bekannten Servolenkungen mit elektromotorischem' Antrieb notwendigen elektronischen Drehzahl-Steuereinrichtungen wird also bei der Lenkvorrichtung gemäß der Erfindung das Hilfsmoment mechanisch gesteuert. Der den Hilfsantrieb darstellende Elektromotor 29 kann ständig in Rotation bleiben.

Das beschriebene Servoaggregat muß nicht notwendigerweise in der in der Zeichnung dargestellten Form ausge führt sein. Denkbar wäre z. B., daß die beiden Kupplungen 12, 13 zu einer einzigen Kupplung vereint werden. Die Torsionsglieder 14, 15 könnten dann zu einem einzigen Wellenabschnitt mit vermindertem Querschnitt vereint werden. Die Wandungen 18, 18' mit den Aussparungen 17, 17' würden dann axial hintereinanderliegend an einem Mitnehmer 16, die Vorsprünge 23, 23' auch axial hintereinanderliegend an einer Platte 22' angeordnet. Die Sehlingbzw. Spreizfedern 30, 30' und die topfförmigen Bauteile 24, 24' müßten natürlich erhalten bleiben. Ebenso ist auch denkbar, die Kupplungen 12, 13 in kinematischer Umkehr auszubilden: das topfförmige Bauteil 24 würde als Zylinder innen liegen und koaxial dazu würden die übrigen Kupplungsteile angeordnet .

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Claims

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Ansprüche

Servoaggregat, insbesondere für die Hilfskraftlenkung von Kraftfahrzeugen, bei dem ein Hilfsmoment über wenigstens eine Schling- bzw. Spreizfederkupplung eingeleitet wird, da durch gekennzeichnet, daß zwei asymmetrisch aufgebaute, jeweils nur in einer Drehrichtung -eingreifende Schling- bzw. Spreizfederkupplungen (12, 13) angeordnet sind.
2. Servoaggregat mit einer manuell betätigbaren Antriebswelle, die über mindestens ein, die Kupplungen steuerndes Torsionsglied mit einer Abtriebswelle verbunden ist, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schling- bzw. Spreizkupplungen (12, 13) ein vom Hilfsantrieb (29) antreibbares topfförmiges, koaxial zur Lenkwelle angeordnetes Bauteil (24) aufweist, in dem eine mit der Antriebswelle (10 bzw. 19) verbundener, topfförmiger Mitnehmer (16, 16') mit einer Aussparung (17, 17') siener zylindrischen Wandung (18, l8') und ein an dem Abtriebsteil (11 bzw. 19) befestigtes Kupplungsteil (21, 21') angeordnet sind, welches Kupplungsteil (21, 21') einen Vorsprung (23, 23') aufweist, der in die Aussparung (17_a 17') der zylindrischen Wandung (18, 18') des Mitnehmers (16, 16') mit-im Umfangsrichtung gelegenen Zwischenräumen hineinragt, wobei im Innern des topfförmigen Bauteils (24, 24') als Kupplungsglied eine^!Schling- oder Spreizfeder (30, 3O') angeordnet ist, deren abgewinkelte, vorzugsweise nach innen abgewinkelte, Enden (31, 32, 31',· 32') in die Zwischenräume hineinragen.

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ORIGINAL INSPECTED
3. Servoaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Kupplung (12, 13) in Drehrichtung (33j 3¹O des Drehmoments gesehen, auf das sie anspricht, in Rühesteilung des Servoaggregats der Winkelabstand zwischen der vorderen Auflagefläche des Endes (31, 31') der Schling- bzw. Spreizfeder (30, 30') des Kupplungsteils (21, 21') größer ist als der Winkelabstand β zwischen der hinteren Kante (38, 38') der Wandung (18, 18') des Mitnehmers (l6, I6¹) und der zugeordneten Auflagefläche (39, 39') des hakenförmigen Endes (32, 32') der Schlingbzw. Spreizfeder (30, 30'), und der Winkelabstand cT zwischen · dem vorderen Rand (40, 40') des Vorsprungs (23, 23') des Kupplungsteils (21, 21') und der Auflagefläche (39, 39') größer oder gleich der Summe aus Winkelabstand <L· und Steuerwinkel \J> ist, wobei der Steuerwinkel \J der Winkelabstand ist, um den sich die abgewinkelten Enden (31, 32 bzw. 31', 32') bei eingekuppelter gegenüber ausgekuppelter, entspannter Schling- oder Spreizfeder (30, 30') gegeneinander verstellen.
4. Servoaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurhc gekennzeichnet, daß das topfförmige Bautei (24, 24') jeder Kupplung (13, 14) mittelbar, etwa über einen- Zahnriemen (26, 26',) von einem als Elektromotor (29) ausgebildeten Hilfsantrieb in Rotation versetzbar ist.
5. Servoaggregat nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kupplungen (12, 13) von einem einsigen Hilfsantrieb (29) angetrieben werdem, wobei die UmIaufrichtung (34) des einen Zahnriemens (26') über ein Wendegetriebe (35); umgekehrt

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