DE3834198A1

DE3834198A1 - Kupplung

Info

Publication number: DE3834198A1
Application number: DE3834198A
Authority: DE
Inventors: Kenichiro Ito; Kenro Adachi; Hiromi Nojiri
Original assignee: NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1987-10-09
Filing date: 1988-10-07
Publication date: 1989-04-27
Also published as: FR2621965A1; FR2621965B1; GB8823612D0; DE3834198C2; US4901831A; GB2210941A; GB2210941B

Description

Die Erfindung betrifft eine beispielsweise zur Verwendung bei einer elektrischen Hilfskraftlenkung geeignete Kupplung.

Eine typische bekannte elektrische Hilfskraftlenkung ist in Fig. 31 veranschau licht. Dabei ist ein Drehmomentsensor vorgesehen, der über eine Steuereinheit einen Motor 6 betätigt, wenn ein Drehmoment einer Lenkwelle 3 ermittelt ist, das aufgrund des Widerstandes der Fahrzeugräder 2 auftritt, wenn ein Lenkrad 1 in der einen oder der anderen Richtung gedreht wird. Die Abtriebswelle des Motors 6 ist über ein Untersetzungsgetriebe 7 mit einem Ritzel 8 der Lenkwelle 3 gekoppelt. Das Ritzel 8 kämmt mit einer Zahnstange 9, die mit den Fahrzeug rädern 2 verbunden ist. Da bei dieser Anordnung die Antriebskraft des Motors 6 auf die Fahrzeugräder übertragen wird, lassen sich diese mit einer sehr ge ringen manuellen Lenkkraft steuern.

Wenn bei einer solchen elektrischen Hilfskraftlenkung jedoch ein Fehler in dem die Steuereinheit 5, den Motor 6 und das Untersetzungsgetriebe 7 umfassenden Antriebssystem auftritt, kann die zum Drehen des Lenkrads 1 erforderliche Kraft zu groß werden, um ein Lenken der Fahrzeugräder zuzulassen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das Untersetzungsgetriebe 7 und der Motor 6 auch in einem solchen Störfall mit der Lenkwelle 3 gekoppelt sind.

Es ist bekannt, im Hinblick auf dieses Problem eine Kupplung 10 zwischen dem Untersetzungsgetriebe 7 und dem Ritzel 8 vorzusehen. Wird eine Elektromagnet kupplung benutzt, muß diese Kupplung jedoch recht groß bemessen sein, um das erforderliche Drehmoment übertragen zu können. Bei Verwendung einer Klauenkupplung ist eine recht große Kraft erforderlich, um die Kupplung ein zurücken und die Kupplung unter Lastbedingungen auszurücken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung zu schaffen, welche die vorstehend genannten Mängel ausräumt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kupplung mit einem Außenteil, das an seinem Innenumfang mit einer ersten Nockenfläche versehen ist; einem in dem Außenteil koaxial angeordneten Innenteil, das an seinem Aus senumfang mit einer zweiten Nockenfläche versehen ist; einem zwischen dem Außenteil und dem Innenteil und damit zwischen der ersten und der zweiten Nockenfläche sitzenden Käfig, in dem eine Mehrzahl von Taschen ausgebildet ist; einer Mitnehmeranordnung, die den Käfig mit dem Außenteil oder dem In nenteil in Eingriff bringt, wobei dazwischen ein Spiel in der Drehrichtung verbleibt; mindestens einem elastischen Drehmomenteinstellglied, das zwischen dem Käfig und dem Außenteil oder dem Innenteil angeordnet ist, um die Mit nehmeranordnung in einer Neutralstellung zu halten, in welcher das Spiel auf rechterhalten wird, und das, wenn es einem größerem als einem vorbestimm ten Drehmoment ausgesetzt wird, verformt wird, bis das Spiel verschwindet; Nockengliedern, die in den in dem Käfig ausgebildeten Taschen angeordnet sind und mit der ersten und der zweiten Nockenfläche in Eingriff kommen können, wenn der Käfig um einen vorbestimmten Winkel gegenüber dem ei nen der beiden Teile gedreht wird; und elastischen Mitteln zum Vorspannen der Nockenglieder in der Umfangsrichtung des Käfigs.

Die erfindungsgemäße Kupplung kommt mit einer verhältnismäßig kleinen An zahl an Einzelteilen, d. h. insbesondere dem Außenteil, dem Innenteil, dem Käfig und den Wälzgliedern, aus. Sie läßt sich einfach montieren und hat ei nen besonders kompakten Aufbau.

Weitere Merkmale und Ziele der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfin dung sind nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kupplung gemäß einer er sten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 in größerem Maßstab einen Teilschnitt entsprechend Fig. 2,

Fig. 4 einen Teilschnitt ähnlich Fig. 3 für einen anderen Be triebszustand,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer elektrischen Hilfskraft lenkung, die mit der Kupplung nach der Erfindung ver sehen ist,

Fig. 6 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform der Kupp lung,

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII der Fig. 6,

Fig. 8 einen Längsschnitt einer dritten Ausführungsform der Kupp lung,

Fig. 9 einen Querschnitt einer vierten Ausführungsform der Kupp lung,

Fig. 10 eine Draufsicht auf eine abgewandelte Ausführungsform der in den Taschen sitzenden Federn,

Fig. 11 einen Schnitt entlang der Linie XI-XI der Fig. 10,

Fig. 12 eine Draufsicht auf eine weiter abgewandelte Ausführungs form der Federn,

Fig. 13 einen Schnitt entlang der Linie XIII-XIII der Fig. 12,

Fig. 14 einen Längsschnitt einer Kupplung gemäß einer fünften Ausführungsform,

Fig. 15 einen Schnitt entlang der Linie XV-XV der Fig. 14,

Fig. 16 eine Seitenansicht des Käfigs der Kupplung gemäß den Fig. 14 und 15,

Fig. 17 in größerem Maßstab einen Teilquerschnitt entsprechend Fig. 15,

Fig. 18 einen Teilquerschnitt ähnlich Fig. 17 für einen anderen Be triebszustand,

Fig. 19 einen Teilquerschnitt des Käfigs und des Innenteils, der erkennen läßt, wie beide in gegenseitigem Eingriff ste hen,

Fig. 20 einen Teilquerschnitt ähnlich Fig. 19 für einen anderen Betriebszustand,

Fig. 21 bis 23 in größerem Maßstab Teilquerschnitte ähnlich Fig. 17 für eine sechste, siebte und achte Ausführungsform der Kupp lung,

Fig. 24 einen Längsschnitt einer Kupplung gemäß einer neunten Ausführungsform entlang der Linie XXIV-XXIV der Fig. 25,

Fig. 25 einen Querschnitt der Kupplung gemäß Fig. 24,

Fig. 26 eine Teilseitenansicht der Kupplung gemäß Fig. 24, die das in der Drehrichtung gebildete Spiel A erkennen läßt,

Fig. 27 einen Teilquerschnitt ähnlich Fig. 25 für einen anderen Betriebszustand,

Fig. 28 einen Längsschnitt durch eine Kupplung entsprechend einer zehnten Ausführungsform entlang der Linie XXVIII- XXVIII der Fig. 29,

Fig. 29 einen Querschnitt durch die Kupplung gemäß Fig. 28,

Fig. 30 eine Teilseitenansicht der Kupplung gemäß Fig. 28, die die Funktion des Spiels A in der Drehrichtung erkennen läßt, und

Fig. 31 eine schematische Darstellung einer bekannten elektrischen Hilfskraftlenkung.

Die in den Fig. 1 bis 4 veranschaulichte erste Ausführungsform der Kupp lung weist ein Außenteil 11, ein Innenteil 12 und einen zwischen dem Außen teil 11 und dem Innenteil 12 angeordneten zylindrischen Käfig 15 auf. Das Innenteil 12 sitzt in dem Außenteil 11 und ist an seinem einen Ende mit einer Welle 13 versehen, die in dem Außenteil 11 über ein Lager 14 drehbar abge stützt ist. Der Käfig 15 trägt an seinem einen Ende eine Welle 16, die in dem Außenteil 11 über ein Lager 17 drehbar gelagert ist.

An dem dem geschlossenen Ende des Käfigs 15 gegenüberliegenden anderen Ende des Innenteils 12 befindet sich eine Welle 18 von geringem Durchmes ser. Die Welle 18 greift in eine in dem geschlossenen Ende des Käfigs 15 ausgebildete Ausnehmung 19 ein und ist in dem Käfig 15 über ein Lager 20 drehbar gelagert. Die Innenumfangsfläche 21 des Außenteils 11 ist zylin drisch ausgebildet, während die Außenumfangsfläche des Innenteils 12 von polygonaler Form ist und Nockenflächen 22 aufweist. Mehrere keilförmige Räume 23 werden zwischen den Nockenflächen 22 und der zylindrischen Flä che 21 ausgebildet. Jeder dieser Räume 23 hat eine solche Gestalt, daß sei ne Breite in Richtung auf seine gegenüberliegenden Enden hin abnimmt.

In dem Käfig 15 sind Taschen 24 an Stellen ausgebildet, die den keilförmigen Räumen 23 entsprechen. Jede Tasche 24 nimmt zwei Wälzlager 25 und 25′ auf. Zwischen jedem Paar von Wälzgliedern 25 und 25′ sitzt eine Feder 27, welche die beiden Wälzglieder in voneinander wegweisender Richtung vor spannt und gegen zwei Wände 26 an beiden Seiten jedes keilförmigen Raums 23 anpreßt. Der Käfig 15 kann mit dem Innenteil 12 über einen Stift 28 ge koppelt werden. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist das eine Ende des Stifts 28 in die Außenumfangsfläche des Innenteils 12 fest eingelassen, während das andere Stiftende durch eine Öffnung 29 hindurchreicht, die in dem Käfig 15 ausgebildet ist. Die Öffnung 29 hat in Umfangsrichtung des Käfigs 15 Lang lochform, wodurch zu beiden Seiten des Stiftendes ein Spiel A erhalten wird, das sich in der Drehrichtung der Kupplung zwischen der betreffenden Wand der Öffnung 29 und dem Stift 28 erstreckt. Um den Stift 28 in einer Mittel stellung mit Bezug auf die Öffnung 29 zu halten, sitzen in der Öffnung 29 zu beiden Seiten des Stifts 28 elastische Drehmomenteinstellglieder 30. Wäh rend der Stift 28 in der Mitte der Öffnung 29 gehalten wird, bleiben die Wälzglieder 25 und 25′ außer Eingriff mit einem der verengten Bereiche der keilförmigen Räume 23.

Wenn auf die Antriebswelle 16 ein Drehmoment einwirkt, das einen vorbestimm ten Wert übersteigt, kann eines der elastischen Glieder 30 zusammengedrückt werden, bis das Spiel A in der Drehrichtung auf der einen Seite des Stifts 28 verschwindet und der Käfig 15 und das Innenteil 12 über den Stift 28 miteinan der in Eingriff gebracht werden.

Wenn die Kupplung gemäß der ersten Ausführungsform bei einer elektrischen Hilfskraftlenkung eingesetzt wird, wie sie in Fig. 5 veranschaulicht ist, wird die Antriebswelle 16 mit einer ein Lenkrad 40 tragenden Lenkwelle 41 gekuppelt, während die Abtriebswelle 13 mit einer Welle 44 eines Ritzels 43 verbunden ist, das mit einer Zahnstange 42 kämmt. Es ist ein Sensor 45 zum Erfassen des Dreh moments der Lenkwelle 41 vorgesehen, um einen Motor 47 über eine Steuerein heit 46 zu steuern. Die Drehbewegung des Motors 47 wird über einen Drehmo mentübertrager 48 eines Getriebes auf das Außenteil 11 übertragen. Das Außen teil 11 ist mit einem Drehmoment übertragenden Bauteil, beispielsweise einem Zahnrad, zu versehen, das mit dem Drehmomentübertrager 48 in Eingriff ge bracht werden kann.

Selbst wenn in diesem Fall das Lenkrad 40 in einer solchen Richtung gedreht wird, daß eine Drehung des Käfigs 15 in Richtung auf die linke Seite der Fig. 3 erfolgt, wird der Käfig 15 gegenüber dem Innenteil 12 nicht wesentlich ver dreht, wenn die Lenkkraft kleiner als das voreingestellte Drehmoment ist, das durch die Vorspannung der elastischen Glieder 30 bestimmt wird. Die Wälzglie der 25 und 25′ werden dadurch aus den verengten Bereichen der keilförmigen Räume 23 herausgehalten, wodurch die Kupplung im ausgerückten Zustand bleibt.

Wenn also die Lenkkraft verhältnismäßig gering ist, erfolgt keine Kraftübertra gung von dem Außenteil 11 auf das Innenteil 12. Das bedeutet, daß das Fahr zeug nur mit der manuellen Lenkkraft gelenkt wird.

Wenn die manuelle Lenkkraft das von der Vorspannung der elastischen Glieder 30 bestimmte, voreingestellte Drehmoment überschreitet, drückt der Käfig 15 eines der elastischen Glieder 30 zusammen, bis das Spiel A auf der einen Seite verschwindet, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. In diesem Fall wird die Lenk kraft auf die Fahrzeugräder über den Käfig 15, den Stift 28, das Innenteil 12, die Ritzelwelle 44, das Ritzel 43 und die Zahnstange 42 übertragen.

Wenn der Käfig 15 gegenüber dem Innenteil 12 zur linken Seite hin gedreht wird, wird eines der Wälzglieder 25 und 25′, nämlich das linke Wälzglied 25, von der Feder 27 so vorgespannt, daß es mit dem verengten Bereich an der einen Seite des keilförmigen Raums 23 in Eingriff kommt.

Die Fahrzeugräder bieten einen Widerstand, wenn sie mit der Lenkkraft be aufschlagt werden; dadurch wird auf die Lenkwelle 41 ein Drehmoment ausge übt. Der Drehmomentsensor 45 erfaßt das Drehmoment der Lenkwelle 41, um den Motor 47 über die Steuereinheit 46 zu starten. Die Antriebsleistung des Motors 47 wird auf das Außenteil 11 und von dort auf das mit dem Außenteil 11 über die Wälzglieder 25 jetzt in Eingriff stehende Innenteil 12 sowie schließlich über die Welle 13 des Innenteils 12, die Ritzelwelle 44, das Ritzel 43 und die Zahnstange 42 auf die Fahrzeugräder übertragen.

Wie vorstehend erläutert, wird auf den Hilfskraft-Lenkbetrieb übergegangen, wenn die manuelle Lenkkraft das voreingestellte Drehmoment überschreitet, was es möglich macht, die Fahrzeugräder mit einer minimalen Lenkkraft zu steuern.

Sollte das die Steuereinheit 46 und den Motor 47 einschließende Antriebssystem ausfallen, läßt sich der Käfig 15 beispielsweise nach links mit Bezug auf das Innenteil 12 durch entsprechendes Drehen des Lenkrades 40 drehen, so daß die Wälzglieder 25 in den verengten Bereich auf der einen Seite der keilför migen Räume hineingedrückt werden (Fig. 4). Das Drehmoment des Käfigs 15 allein reicht jedoch nicht aus, um die Wälzglieder 25 derart in die verengten Bereiche der keilförmigen Räume zu pressen, daß das Außenteil 11 und das Innenteil 12 miteinander gekuppelt werden. Die Wälzglieder gleiten daher frei entlang der zylindrischen Fläche 21 des Außenteils 11.

Die Lenkkraft wird jetzt auf die Fahrzeugräder über den Käfig 15, den Stift 28, das Innenteil 12, die Ritzelwelle 44, das Ritzel 43 und die Zahnstange 42 übertragen, während das Antriebssystem von der Lenkvorrichtung abgekup pelt ist. Infolgedessen wird die zum Steuern der Fahrzeugräder erforderliche manuelle Lenkkraft auf einem verhältnismäßig niedrigen Wert gehalten.

Als nächstes sei erläutert, wie die Kupplung arbeitet, wenn auf das Lenkrad eine Gegenkraft von den Fahrzeugrädern einwirkt, während das Antriebssystem außer Funktion gesetzt ist. Wenn das Fahrzeug auf der Straße aus einer Kurve herausfährt, wird von den Fahrzeugrädern auf das Lenkrad über die Zahnstan ge 42, das Ritzel 43, die Ritzelwelle 44 und das Innenteil 12 eine Kraft übertra gen, welche der Lenkkraft entgegenwirkt. Damit sich das Lenkrad mit der Ge genkraft von den Fahrzeugrädern langsam in seine Ausgangsstellung zurückdre hen kann, verringert der Fahrer die Lenkkraft, bis sie kleiner als das vorein gestellte Drehmoment wird. Weil sich in diesem Fall der Käfig 15 kaum gegen über dem Innenteil 12 drehen kann, werden die Wälzglieder 25 nicht in die ver engten Bereiche auf der einen Seite der keilförmigen Räume 23 hineingedrückt; das Außenteil 11 bleibt außer Eingriff mit dem Innenteil 12. Wenn daher das Fahrzeug aus der Kurve herausfährt, können der Käfig 15 und das damit ge koppelte Lenkrad leichtgängig in ihre Ausgangsposition zurückgedreht werden, ohne daß dem Fahrer ein unangenehmes Lenkgefühl vermittelt wird.

Bei der ersten Ausführungsform kann es sich bei der in jeder Tasche 24 sitzen den Feder 27 um eine Schraubenfeder oder entsprechend den Fig. 10 und 11 um eine Blattfeder handeln. Im letztgenannten Fall weist die Blattfeder 27 einen mit dem Wälzglied 25 in Kontakt bringbaren Steg a, an beide Seiten des Stegs a anschließende, nach hinten auseinanderlaufende Schenkel b und an dem hinte ren Ende der Schenkel b befindliche Flanschabschnitte c auf, die mit dem an deren Wälzglied 25′ in Kontakt gebracht werden können.

Die Fig. 12 und 13 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform einer zwischen jedem Paar von Wälzgliedern 25 und 25′ sitzenden Blattfeder 27′. Bei der Blatt feder 27′ schließen an das außenliegende Ende der Flanschabschnitte c jeweils ein Arm d an, der sich gegen jeweils eine der Stirnflächen des Wälzlagers 25′ anlegen kann. Die Feder 27′ ist mit einem Schlitz e versehen, der sich in Längs richtung über den Steg a, die Schenkel b und die Flanschabschnitte c erstreckt. Die Wälzglieder 25 und 25′ können sich in den Schlitz e teilweise einlegen. Bei dieser Ausbildung kann der Käfig 15 gegenüber dem Innenteil 12 verdreht wer den, bis sich die Wälzglieder 25 und 25′ jedes Wälzgliederpaares gegeneinander anlegen. Dies bedeutet, daß die Kupplung mit den Blattfedern 27′ einen größe ren Arbeitswinkel bilden kann als die Kupplung mit den Blattfedern 27. Wird der maximale Arbeitswinkel beider Kupplungen gleich gehalten, kann die Kupp lung mit den Blattfedern 27′ mit Wälzgliedern arbeiten, die einen größeren Durchmesser als die Wälzglieder der Kupplung mit den Blattfedern 27 haben. Je größer der Durchmesser der Wälzglieder ist, desto größer ist das Leistungs vermögen der Kupplung.

Im Falle der in den Fig. 6 und 7 veranschaulichten zweiten Ausführungs form der Kupplung erstreckt sich eine axiale Mittelbohrung 31 durch das Innen teil 12, dessen Welle 13 und die Welle 16 des Käfigs 15 hindurch. Ein Drehmo menteinstellglied 30′ in Form eines Torsionsstabes sitzt in der Bohrung 31. Bei de Enden des Torsionsstabs sind über Halter 32 mit Bezug auf die Innenwand der Wellen 13 und 16 festgelegt.

Ein Spiel A wird zwischen dem Stift 28 und beiden Enden der Öffnung 29 des Innenteils 12 ausgebildet. Im übrigen entsprechen Aufbau und Funktion die ser Kupplung denjenigen der ersten Ausführungsform.

Bei der in Fig. 8 dargestellten dritten Ausführungsform der Kupplung ist der Torsionsstab durch ein Drehmomenteinstellglied 30′′ in Form einer Blattfeder ersetzt.

Fig. 9 zeigt eine vierte Ausführungsform der Kupplung, bei welcher das Aus senteil 11 an seinem Innenumfang mit vertieften Nockenflächen 22′ versehen ist, während das Innenteil 12 eine zylindrische Außenumfangsfläche 21′ auf weist. Mit anderen Worten, die Nockenflächen und die zylindrischen Flächen sind gegenüber der ersten Ausführungsform vertauscht.

Ein Stift 28′ ist mit seinem einen Ende in den Innenumfang des Außenteils 11 fest eingebettet, während das andere Ende des Stifts 28′ lose in die Öffnung 29 des Käfigs 15 hineinragt, so daß zu beiden Seiten des Stifts 28′ in Dreh richtung ein Spiel A vorhanden ist.

Drehmomenteinstellglieder 30 in Form von Federn sind zwischen den Stift 28′ und die Wand der Öffnung 29 eingesetzt, um den Stift 28′ in der Mitte der Öffnung 29 zu halten.

Wenn die Kupplung gemäß Fig. 9 bei der elektrischen Hilfskraftlenkung nach Fig. 5 verwendet wird, wird das Außenteil 11 mit der Ritzelwelle 44 verbun den, so daß die Antriebskraft des Motors 47 auf das Innenteil 12 übertragen wird.

In den Fig. 14 bis 20 ist eine fünfte Ausführungsform der Kupplung veran schaulicht. Dabei sitzt ein Wälzglied 34 in jeder der in dem Käfig 15 ausge bildeten Taschen 24. Die in Umfangsrichtung einander gegenüberliegenden Seitenwände 26 der Taschen 24 sind jeweils in ihrem mittleren Bereich mit einem Ausschnitt 33 versehen (Fig. 16).

Eine Feder 35 ist in jeden der Ausschnitte 33 eingesetzt, um das Wälzglied 34 in jeder der Taschen 24 von beiden Seiten her vorzuspannen und auf diese Weise in Umfangsrichtung in der Tasche zu zentrieren. Zwischen dem Wälz glied 34 und den Führungsflächen 26 jeder Tasche 24 wird ein Spiel X in der Drehrichtung ausgebildet, wie dies insbesondere aus Fig. 17 hervorgeht.

Das in jeder Tasche 24 sitzende Wälzglied 34 kann mittels einer der Federn 35 in den verengten Bereich an der einen Seite des keilförmigen Raums 23 ge drückt werden, wenn der Käfig 15 in einer Richtung gedreht wird. Bei Dre hen des Käfigs 15 in der entgegengesetzten Richtung legt sich eine der Sei tenwände 26 gegen das Wälzglied 34 an, um es aus dem verengten Bereich herauszuschieben.

Wie aus Fig. 14 hervorgeht, können der Käfig 15 und das Innenteil 12 über den Stift 28 in Eingriff miteinander gebracht werden. Der Stift 28 ist in die Stirnfläche des Innenteils 12 nahe dessen Außenrand fest eingepaßt. Das vor stehende Ende des Stifts 28 greift in die Öffnung 29 ein, die in dem geschlos senen Ende des Käfigs 15 ausgebildet ist. Gemäß Fig. 19 wird jeweils ein Spiel A in der einen und der anderen Drehrichtung zwischen dem Stift 28 und der Wand der Öffnung 29 gebildet. Das Spiel A ist größer als das Spiel X zwi schen den Führungsflächen 26 und den Wälzgliedern 34.

Bei dieser Ausführungsform ist entsprechend der zweiten Ausführungsform ein Torsionsstab als Drehmomenteinstellglied 30 vorgesehen. Der Torsionsstab greift durch die Axialbohrung 31 hindurch, die in der Antriebswelle 16 und der Abtriebswelle 13 ausgebildet ist. Die Enden des Torsionsstabes sind mit der Welle 16 bzw. der Welle 13 fest verbunden. Der Torsionsstab 30 spannt den Stift 28 vor, um ihn in der Mitte der Öffnung 29 zu halten. In diesem Zustand werden die Wälzglieder 34 nicht in einem der verengten Bereiche zu beiden Seiten der keilförmigen Räume 23 gefangen.

Der Torsionsstab 30 wird, wenn ein Drehmoment auf ihn einwirkt, das größer als ein vorbestimmter Wert ist, verformt, bis eines der Spiele A verschwindet, um den Käfig 15 über den Stift 28 mit dem Innenteil 12 zu koppeln.

Die Kupplung dieses Ausführungsbeispiels kann bei der in Fig. 5 veranschau lichten elektrischen Hilfskraftlenkung in der gleichen Weise eingesetzt werden wie die zuvor erläuterten Ausführungsbeispiele.

Auch wenn das Lenkrad 40 in einer solchen Richtung gedreht wird, daß der Käfig 15 in Fig. 17 zur linken Seite hin bewegt wird, führt der Käfig 15 kei ne nennenswerte Drehbewegung mit Bezug auf das Innenteil 12 aus, solange die Lenkkraft kleiner als das voreingestellte Drehmoment ist, das durch die Steifigkeit des Torsionsstabs 30 bestimmt wird. Die Wälzglieder 34 werden daher aus den verengten Bereichen der keilförmigen Räume 23 herausgehal ten; die Kupplung bleibt ausgerückt.

Wenn daher die Lenkkraft klein ist, erfolgt keine Kraftübertragung von dem Außenteil 11 zu dem Innenteil 12. Das bedeutet, daß das Fahrzeug nur mit der manuellen Lenkkraft gelenkt wird.

Wenn die manuelle Lenkkraft das durch die Steifigkeit des Torsionsstabes 30 bestimmte, voreingestellte Drehmoment übersteigt, wird der Torsionsstab der art verformt, daß der Käfig 15 mit Bezug auf das Innenteil 12 in Fig. 18 nach links bewegt wird. Dies bewirkt, daß die Wälzlager 34 in die verengten Bereiche auf der einen Seite der keilförmigen Räume 23 hineingedrückt wer den (Fig. 18). In diesem Zustand wird, wie in Fig. 20 dargestellt ist, ein ver engtes Spiel A in der Drehrichtung auf der einen Seite des Stifts 28 ausgebil det. Das Spiel A ist jetzt kleiner als das in Fig. 18 gezeigte Spiel X′, das in der Drehrichtung zwischen dem Wälzglied 34 und der Führungsfläche 26 auf der rechten Seite jeder Tasche ausgebildet wird.

Die Fahrzeugräder leisten einen Widerstand, wenn sie mit der Lenkkraft beauf schlagt werden, wodurch auf die Lenkwelle 41 ein Drehmoment ausgeübt wird. Der Drehmomentsensor 45 erfaßt das Drehmoment der Lenkwelle 41, um über die Steuereinheit 46 den Motor 47 zu starten. Die Antriebskraft des Motors 47 wird über einen Zahnkranz 58 auf das Außenteil 11 und dann auf das jetzt über die Wälzglieder 34 mit dem Außenteil 11 in Eingriff stehende Innenteil 12 sowie von dort über die Welle 13 des Innenteils 12, die Ritzelwelle 44, das Ritzel 43 und die Zahnstange 42 auf die Fahrzeugräder übertragen.

Ein Hilfskraftlenkbetrieb setzt also ein, wenn die manuelle Lenkkraft das vor eingestellte Drehmoment überschreitet. Es wird auf diese Weise möglich, die Fahrzeugräder mit einer minimalen Lenkkraft zu steuern.

Wenn das die Steuereinheit 46 und den Motor 47 aufweisende Antriebssystem ausfallen sollte, läßt sich der Käfig 15 durch Drehen des Lenkrads 40 bei spielsweise nach links mit Bezug auf das Innenteil 12 drehen, wodurch die Wälzglieder 34 in den verengten Bereich auf der einen Seite der keilförmigen Räume gepreßt werden (Fig. 18).

Wenn der Käfig ausgehend von diesem Zustand weiter nach links gedreht wird, verschwindet das Spiel A, was zur Folge hat, daß sich das Innenteil 12 ge meinsam mit dem Käfig bewegt. Die Wälzglieder 34 können daher auf der zy lindrischen Fläche 21 des Außenteils 11 frei abrollen.

Die Lenkkraft wird jetzt über den Käfig 15, den Stift 28, das Innenteil 12, die Ritzelwelle 44, das Ritzel 43 und die Zahnstange 42 auf die Fahrzeugräder übertragen, während das Antriebssystem von der Lenkanordnung abgekuppelt ist. Daher bleibt die zum Steuern der Fahrzeugräder erforderliche manuelle Lenkkraft relativ klein.

Im übrigen entspricht die Arbeitsweise der Kupplung dieser Ausführungsform im wesentlichen derjenigen der zuvor erläuterten Ausführungsform.

Im Falle der in Fig. 21 veranschaulichten sechsten Ausführungsform der Kupp lung weist das Innenteil 12 an seinem Außenumfang Nockenflächen 22 auf, die V-förmig vertieft sind.

Im Falle der in Fig. 22 dargestellten siebten Ausführungsform der Kupplung sind die Nockenflächen 22 des Innenteils 12 bogenförmig vertieft.

Durch die bogenförmige oder V-förmige Vertiefung der Nockenflächen 22 wird der Drehwinkel des Käfigs 15 vermindert, der erforderlich ist, um die Wälzglie der 34 in die verengten Bereiche auf der einen Seite der keilförmigen Räume 23 hineinzudrücken und so für eine gegenseitige Kupplung von Außen- und Innenteil zu sorgen.

In Fig. 23 ist eine achte Ausführungsform der Kupplung dargestellt, bei wel cher das Außenteil 11 an seinem Innenumfang mit vertieften Nockenflächen 21′ versehen ist, während das Innenteil 12 eine zylindrische Außenumfangsfläche 22 aufweist. Der Stift 28 ist mit dem Außenteil 11 oder dem Käfig 15 fest ver bunden, und das vorstehende Ende des Stifts 28 greift lose in eine Öffnung ein, die in dem jeweils anderen Bauteil ausgebildet ist.

Wenn die Kupplung gemäß diesem Ausführungsbeispiel bei der Hilfskraftlenkung gemäß Fig. 5 verwendet wird, wird das Außenteil 11 mit der Ritzelwelle 44 ge kuppelt, so daß die Antriebskraft des Motors 47 auf das Innenteil 12 übertra gen wird.

Bei dieser Ausführungsform können an beiden Seiten des in Fig. 19 dargestell ten Zapfens 28 Federn sitzen, die die Aufgabe haben, an Stelle des Torsions stabs 50 der fünften Ausführungsform den Stift 28 in der Neutralstellung in der Öffnung zu halten.

In den Fig. 24 bis 27 ist ein neuntes Ausführungsbeispiel der Kupplung ver anschaulicht. Die Kupplung umfaßt das Außenteil 11, das Innenteil 12, Käfige 15 a und 15 b, Paare von Klemmkeilen 50 und 50′, die Antriebswelle 16, Federn 51 und den als Drehmomenteinstellglied vorgesehenen Torsionsstab 30.

Das Außenteil 11 weist eine zylindrische Innenumfangsfläche 64 auf. In dem Außenteil 11 sitzt das Innenteil 12, dessen Außenumfangsfläche 65 gleichfalls zylindrisch ausgebildet ist und der zylindrischen Innenumfangsfläche 64 des Außenteils 11 gegenüberliegt. Paare der Klemmkeile 50 und 50′ sind zwischen der Innenumfangsfläche 64 und der Außenumfangsfläche 65 entgegengesetzt zueinander angeordnet, so daß einer der Klemmkeile sich sowohl gegen die In nenumfangsfläche 64 als auch die Außenumfangsfläche 65 anpreßt, wenn die Keile in der einen oder der anderen Richtung verschwenkt werden. Jeweils eine Feder 51 sitzt zwischen jedem der Klemmkeile 50, 50′ und den Käfigen 15 a, 15 b, um die Klemmkeile in Richtung auf einen Eingriff mit den Umfangs flächen 64 und 65 vorzuspannen.

Der Käfig 15 a weist Führungsflächen 52 und 52′ für die Klemmkeile 50 und 50′ auf. Der Käfig 15 b ist mit Führungsflächen 53 und 53′ versehen sowie mit der Antriebswelle 16 einstückig verbunden, die mit der in Fig. 5 veranschaulich ten Lenkwelle gekoppelt werden kann. Der Käfig 15 a steht über einen Stift 54 in drehfester Verbindung mit dem Innenteil 12.

Das Innenteil 12 kann über sein eines Ende mit der Ritzelwelle 44 (Fig. 5) gekoppelt werden, und es ist an seinem anderen Ende mit dem Torsionsstab 30 einstückig verbunden. Das vordere Ende des Torsionsstabs 30 ist über einen Stift 56 in einer Bohrung 55 der Antriebswelle 16 festgelegt. Auf diese Weise sind das Innenteil 12 und die Antriebswelle 16 miteinander gekoppelt. Die Käfige 15 a und 15 b sind in der in Fig. 26 ersichtlichen Weise miteinander gekoppelt. Der Torsionsstab 30 hält die Käfige 15 a und 15 b in einer Neutral lage, wobei jeweils ein Spiel A dazwischen in der einen und der anderen Dreh richtung verbleibt. Die von dem Torsionsstab 30 aufgebrachte Vorspannung bestimmt den Wert des voreingestellten Drehmoments.

Wenn sich die Käfige 15 a und 15 b in ihrer Neutrallage befinden, werden die Klemmkeile 50 und 50′ außer Eingriff mit den zylindrischen Umfangsflächen 64 und 65 gehalten.

Wird das auf die Lenkwelle 41 einwirkende Drehmoment größer als das zuvor genannte voreingestellte Drehmoment, wird der Torsionsstab 30 tordiert, so daß eines der Spiele A verschwindet und die Käfige 15 a und 15 b in Ein griff miteinander kommen können. Das Innenteil 12 und die Antriebswelle 16 werden auf diese Weise über die Käfige 15 a und 15 b miteinander auf Mitnahme gekuppelt.

Das Innenteil 12 und die Antriebswelle 16 sind in dem Außenteil 11 über Lager 57 drehbar abgestützt. Das Außenteil 11 trägt an seinem Außenumfang den Zahnkranz 58, der mit dem Abtriebsrad des Drehmomentübertragers 48 (Fig. 5) kämmen kann.

Die Kupplung gemäß dieser Ausführungsform läßt sich bei der elektrischen Hilfskraftlenkung gemäß Fig. 5 in der gleichen Weise einsetzen wie die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele.

Selbst wenn das Lenkrad 40 beispielsweise so gedreht wird, daß eine Drehung des Käfigs 15 b in Fig. 25 nach links erfolgt, kommt es zu keiner nennenswer ten Drehung des Käfigs 15 b gegenüber dem Käfig 15 a, solange die Lenkkraft kleiner als das voreingestellte Drehmoment ist, das durch die Steifigkeit des Torsionsstabs 30 bestimmt wird. Die Klemmkeile 50, 50′ werden daher außer Klemmeingriff mit den zylindrischen Umfangsflächen 64 und 65 gehalten, die Kupplung bleibt ausgerückt.

Während die Lenkkraft gering ist, erfolgt daher keine Kraftübertragung von dem Außenteil 11 zu dem Innenteil 12. Das bedeutet, daß das Fahrzeug nur mit der manuellen Lenkkraft gelenkt wird.

In diesem Zustand wird die Lenkkraft über die Käfige 15 a, 15 b, den Stift 54, das Innenteil 12, die Ritzelwelle 44, das Ritzel 43 und die Zahnstange 42 auf die Fahrzeugräder übertragen.

Wenn der Käfig 15 b gegenüber dem Innenteil 12 nach links gedreht wird, kom men seine Führungsflächen 53′ außer Kontakt mit den an der rechten Seite an geordneten Klemmkeilen 50′. Die Klemmkeile 50′ werden daher mittels der zuge hörigen Federn 51 in Eingriff mit den zylindrischen Umfangsflächen 64 und 65 vorgespannt.

Die Fahrzeugräder leisten einen Widerstand, wenn sie mit der Lenkkraft beauf schlagt werden, so daß ein Drehmoment auf die Lenkwelle 41 ausgeübt wird. Der Drehmomentsensor 45 nimmt das Drehmoment der Lenkwelle 41 auf, um über die Steuereinheit 46 den Motor 47 zu starten. Die Antriebskraft des Motors 47 wird auf das Außenteil 11 übertragen, um es in der Richtung des Pfeils in Fig. 27 zu drehen. Die Drehbewegung des Außenteils11 wird auf das jetzt mit dem Außenteil 11 über die Klemmkeile 50′ in Eingriff stehende Innenteil 12 so wie über die Welle 13 des Innenteils 12, die Ritzelwelle 44, das Ritzel 43 und die Zahnstange 42 auf die Fahrzeugräder übertragen.

Wie oben erläutert ist, wird auf den Hilfskraftlenkbetrieb übergegangen, wenn die manuelle Lenkkraft das vorgegebene Drehmoment überschreitet, so daß die Fahrzeugräder mit einer minimalen Lenkkraft gesteuert werden können.

Falls das die Steuereinheit 46 und den Motor 47 einschließende Antriebssystem ausfallen sollte, läßt sich der Käfig 15 beispielsweise nach links mit Bezug auf das Innenteil drehen, indem das Lenkrad 40 so gedreht wird, daß die Klemm keile 50′ gegen die zylindrischen Umfangsflächen 64 und 65 gedrückt werden (Fig. 27).

Nur das über die Eingangswelle 16 und den Käfig 15 b aufgebrachte Drehmoment reicht jedoch nicht aus, um die Klemmkeile 50′ in Eingriff mit den zylindrischen Umfangsflächen 64 und 65 zu bringen. Die Klemmkeile 50′ gleiten infolgedessen frei entlang der zylindrischen Umfangsfläche 64 des Außenteils 11.

Die Lenkkraft wird jetzt über die Käfige 15 a, 15 b, den Stift 54, das Innenteil 12, die Ritzelwelle 44, das Ritzel 43 und die Zahnstange 42 auf die Fahrzeug räder übertragen, während das Antriebssystem von der Lenkeinrichtung abge koppelt ist. Auf diese Weise wird die zum Steuern der Fahrzeugräder erforder liche manuelle Lenkkraft klein gehalten.

Die Funktionsweise der Kupplung gemäß dieser Ausführungsform entspricht im übrigen im wesentlichen derjenigen der zuvor erläuterten Ausführungsformen.

In den Fig. 28 bis 30 ist eine zehnte Ausführungsform der Kupplung veran schaulicht, bei welcher ein Innenkäfig 15 c und ein Außenkäfig 15 d vorgesehen sind, zwischen denen eine Ringfeder 59 sitzt.

Die Käfige 15 c und 15 d sind mit Taschen 60 bzw. 60′ versehen. Klemmkeile 50 und 50′ sind wie im Falle der neunten Ausführungsform entgegengesetzt zu einander derart angeordnet, daß die Klemmkeile 50, 50′ jeweils in einem Paar von Taschen 60 und 60′ aufgenommen werden.

Die Ringfeder 59 ist mit Öffnungen zur Aufnahme der Klemmkeile 50 und 50′ ausgestattet und hat die Aufgabe, die Klemmkeile 50 und 50′ über entspre chende Teile 59 a und 59 b in Eingriff mit den zylindrischen Umfangsflächen 64 und 65 vorzuspannen. Der Käfig 15 c ist mit dem Innenteil 12 verstemmt, wodurch beide drehfest miteinander verbunden sind. Der Käfig 15 d steht, wie in Fig. 30 dargestellt ist, mit gegabelten Enden 61 der Antriebswelle 16 in Eingriff. Vom Außenumfang des Innenteils 12 stehen Stifte 63 vor, die in Öffnungen 71 aufgenommen werden, die jeweils in einem Gabelende 61 ausge bildet sind. Dabei wird auf beiden Seiten der Stifte 63 für ein Spiel A in der Drehrichtung gesorgt. Das Spiel A ist größer als das Spiel zwischen den Gabelenden 61 und dem Käfig 15 d. Wenn die Stifte 63 im Zentrum der Öffnungen 71 gehalten werden, werden die Klemmkeile 50 und 50′ ebenso wie bei der neunten Ausführungsform außer Eingriff mit den zylindrischen Umfangsflächen 64 und 65 gehalten.

Im übrigen entspricht diese Ausführungsform nach Aufbau und Funktions weise der zuvor erläuterten neunten Ausführungsform.

Der zum Ermitteln des Torsionsdrehmoments benutzte Sensor 45 kann auf dem Torsionsstab 30 (Fig. 24 und 28) oder auf der Lenkwelle 41 sitzen.

Claims

Kupplung mit
einem Außenteil (11), das an seinem Innenumfang mit einer ersten Nockenfläche (21, 22′, 64) versehen ist;
einem in dem Außenteil koaxial angeordneten Innenteil (12), das an seinem Aus senumfang mit einer zweiten Nockenfläche (22, 21′, 65) versehen ist;
einem zwischen dem Außenteil und dem Innenteil und damit zwischen der ersten und der zweiten Nockenfläche sitzenden Käfig (15, 15 a, 15 b, 15 c, 15 d), in dem eine Mehrzahl von Taschen (24, 60, 60′) ausgebildet ist;
einer Mitnehmeranordnung (28, 28′), die den Käfig mit dem Außenteil oder dem Innenteil in Eingriff bringt, wobei dazwischen ein Spiel (A) in der Drehrich tung verbleibt;
mindestens einem elastischen Drehmomenteinstellglied (30, 30′, 30′′), das zwischen dem Kä fig und dem Außenteil oder dem Innenteil angeordnet ist, um die Mitnehmeran ordnung in einer Neutralstellung zu halten, in welcher das Spiel (A) aufrecht erhalten wird, und das, wenn es einem größeren als einem vorbestimmten Dreh moment ausgesetzt wird, verformt wird, bis das Spiel (A) verschwindet;
Nockengliedern (25, 25′, 34, 50, 50′), die in den in dem Käfig ausgebildeten Taschen angeordnet sind und mit der ersten und der zweiten Nockenfläche in Eingriff kommen können, wenn der Käfig um einen vorbestimmten Winkel gegen über dem einen der beiden Teile (11, 12) gedreht wird; und
elastischen Mitteln (27, 27′, 35, 51) zum Vorspannen der Nockenglieder in der Umfangsrichtung des Käfigs.