DE3834198A1 - Kupplung - Google Patents
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- B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
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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 (1)
- 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.
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