DE4111799A1 - Stellglied - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Stellglied zum Herbeiführen einer Lenkbewegung eines Hinterrades oder einer Hinter­ achse eines Kraftfahrzeugs, bei der eine axial verschieb­ liche Stellstange mittels eines Elektromotors und eines Untersetzungsgetriebes in die eine oder andere axiale Richtung gegen die Kraft einer mit Federn arbeitenden Rückstelleinrichtung aus einer Mittelstellung verschieb­ bar ist und welches eine Kupplung zwischen Stellstange und Elektromotor sowie eine elektromagnetisch betätigbare Sperre aufweist. Ein solches Stellglied ist Gegenstand der DE-A-39 08 164.

Bei dem bekannten Stellglied ist die Kupplung als Schalt­ kupplung ausgebildet. Sie muß ausgerückt werden, wenn es bei eingeschlagenen Hinterrädern der Rückstelleinrichtung ermöglicht werden soll, die Räder zurück in die Mittel­ stellung zu bewegen. Bei der elektromagnetisch betätig­ bare Sperre handelt es sich um eine Motorbremse, welche im eingerückten Zustand den Elektromotor blockiert und dadurch Stellbewegungen zu verhindern vermag.

Das bekannte Stellglied ermöglicht nur dann ein zuverläs­ siges Zurückstellen der eingeschlagenen Hinterräder, wenn die Kupplung ordnungsgemäß funktioniert und vor dem Zu­ rückstellen auszurücken vermag. Ein Blockieren der Hin­ terräder in Geradeausstellung ist bei ausgerückter Kupp­ lung mittels der Sperre nicht möglich.

Wenn man eine Hinterradlenkung mit großen Radlenkwinkeln vorsehen will, um ein leichteres Parkieren eines Fahr­ zeugs zu ermöglichen, dann ist es ganz besonders wichtig, daß bei höheren Fahrgeschwindigkeiten Lenkbewegungen der Hinterräder zuverlässig ausgeschlossen sind, weil dadurch vom Fahrer nicht mehr zu beherrschende Fahrzeugbewegungen auftreten würden. Das Stellglied nach der eingangs ge­ nannten DE-A-39 08 164 bietet insbesondere für größere Radlenkwinkel keine ausreichende Sicherheit gegen Fehl­ funktionen und erlaubt nicht unter allen Umständen ein selbsttätiges Zurückstellen der Hinterräder in ihre Mit­ telstellung.

Durch die EP-B-01 75 781 ist auch schon ein Kraftfahrzeug mit einer Hinterachslenkung bekannt, bei der eine als Spurstange ausgebildete Stellstange eine Rastausnehmung hat, in welche in Mittelstellung der Stellstange ein Sperrkörper greift und dadurch die Stellstange blockiert. Der Sperrkörper ist durch Magnetkraft gegen die Kraft einer Feder in eine die Stellstange freigebende Stellung zu bewegen. Diese Sperre ermöglicht es, Lenkbewegungen der Hinterräder auszuschließen. Das soll nach dieser Schrift beispielsweise erfolgen, um beim Parkieren ein Ausscheren des Fahrzeughecks auszuschließen, wenn dafür nicht genügend Raum zur Verfügung steht oder wenn bei rascher Fahrt durch Lenkbewegungen der Hinterräder das Wohlbefinden der Fahrzeuginsassen beeinträchtigt würde. Mit dem Problem der automatischen Rückstellung der Hin­ terradlenkung bei einer Fehlfunktion des Stellelementes befaßt sich diese Schrift nicht.

Die DE-C-35 44 350 befaßt sich auch schon mit einer Servolenkung, bei der ein Stellmotor mittels einer Flüssigkeitsreibungskupplung mit der Lenksäule verbunden ist. Dadurch wird es möglich, durch Erhöhung der Drehzahl des Stellmotors die Servowirkung zu vergrößern, so daß man beim Parkieren mit großen Servokräften, bei rascher Fahrt jedoch mit geringen oder ohne Servokräfte lenken kann.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Stellglied der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auch bei Fehlfunktionen ein automatisches Zurücklenken in die Ge­ radeausstellung zuverlässig zu erreichen ist und diese Geradeausstellung mit einfachen Mitteln blockiert werden kann.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sperre zum Blockieren der Rückstelleinrichtung in ihrer Mittelstellung bei Schrittgeschwindigkeit überstei­ genden Geschwindigkeiten ausgelegt und die Kupplung eine Flüssigkeitsreibungskupplung ist.

Ein solches Stellglied eignet sich insbesondere für ein Stadtfahrzeug, welches durch große Radlenkwinkel seiner Hinterräder besonders wendig ist, so daß es einfach in enge Parklücken gefahren werden kann. Da die Kupplung des Stellgliedes eine Flüssigkeitsreibungskupplung ist, über­ trägt sie das vom Elektromotor des Stellgliedes erzeugte Drehmoment nur bei größeren Drehzahlen. Bei nicht laufen­ dem Elektromotor ist es deshalb der Rückstelleinrichtung jederzeit möglich, die Stellstange in ihre Mittelstellung zu schieben, ohne daß hierzu eine elektromagnetisch betä­ tigbare Kupplung zwischen der Stellstange und dem Elek­ tromotor ausgerückt werden muß. Das erfindungsgemäße Stellglied schließt somit Fehlfunktionen auf sehr einfa­ che Weise aus. Seine Sperre stellt zuverlässig sicher, daß die Hinterräder bei der Geschwindigkeit beim Parkie­ ren übersteigenden Geschwindigkeiten sich in Geradeaus­ stellung befinden und diese Stellung nicht verlassen kön­ nen.

Das erfindungsgemäße Stellglied ist sehr einfach und kom­ pakt aufgebaut. Seine Flüssigkeitsreibungskupplung ermög­ licht eine sehr einfache Steuerung des Elektromotors für lediglich einen Rechts- und Linkslauf. Bei einem Fehler im System werden die Räder automatisch von einer einge­ lenkten Position in eine sichere Geradeausstellung ge­ bracht und arretiert. Oberhalb einer Geschwindigkeit von beispielsweise 5 km/h werden die Räder immer in eine Ge­ radeausstellung gehalten.

Das Stellglied ist besonders einfach ausgebildet, wenn die Flüssigkeitsreibungskupplung zwischen der Stellstange und dem Untersetzungsgetriebe angeordnet ist.

Zur weiteren Vereinfachung des Stellgliedes trägt es bei, wenn die Stellstange eine Zahnstangenverzahnung aufweist, in welche ein von der Abtriebsseite der Flüssigkeitsrei­ bungskupplung angetriebenes Ritzel eingreift.

Das Untersetzungsgetriebe kann unterschiedlich aufgebaut sein. Die erforderliche, starke Drehzahluntersetzung läßt sich mit einem geringen Bauvolumen des Untersetzungsge­ triebes erreichen, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung das Untersetzungsgetriebe zumindest zwei hintereinander angeordnete Planetengetriebe aufweist.

Die Rückstelleinrichtung kann mit der Sperre zu einer Baueinheit zusammengefaßt werden, indem die Rückstellein­ richtung einen durch zumindest eine Druckfeder in eine Mittelstellung gehaltenen, in einem Gehäuse verschiebli­ chen und fest mit der Stellstange verbundenen Führungs­ kolben hat und die Sperre einen in eine Rastausnehmung dieses Führungskolbens greifenden Sperrkörper aufweist.

Bei einem Ausfall der elektronischen Steuerung gelangt die Sperre zwangsläufig in Sperrstellung, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung der Sperrkörper durch eine Feder in der in die Rastausnehmung ein­ greifenden Sperrstellung vorgespannt und ein elektroma­ gnetischer Hubmagnet zum Lösen des Sperrkörpers entgegen der Kraft der Feder vorgesehen ist.

Das Stellglied ist besonders einfach aufgebaut, wenn der Elektromotor, das Untersetzungsgetriebe, die Flüssig­ keitsreibungskupplung und das die Stellstange antreibende Ritzel rechtwinklig zur Stellstange angeordnet sind.

Eine alternative Ausführungsform zur Verstellung der Stellstange mittels einer Zahnstangenverzahnung und eines Ritzels besteht darin, daß die Flüssigkeitsreibungskupp­ lung koaxial zur Stellstange angeordnet und die Abtriebs­ seite der Flüssigkeitsreibungskupplung als in ein Hubge­ winde der Stellstange eingreifende Bewegungsmutter ausge­ bildet ist.

Die bei den Stellbewegungen auftretenden Reibkräfte sind sehr gering, wenn die Bewegungsmutter und die Stellstange als Kugelumlaufgetriebe ausgebildet sind.

Ganz besonders kompakt ist das Stellglied ausgebildet, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung der Elektromotor achsenparallel zur Stellstange angeordnet und das Untersetzungsgetriebe als Stirnradgetriebe ausge­ bildet ist.

Das Bauvolumen läßt sich noch weiter reduzieren, indem der Elektromotor koaxial zur Stellstange angeordnet und das Untersetzungsgetriebe ein Planetengetriebe ist.

Das erfindungsgemäße Stellglied könnte beispielsweise bei einer Schräglenkerachse an jedem der beiden Hinterräder vorgesehen werden und mit seiner Stellstange jeweils mit einem Lenkhebel verbunden werden. Zum Lenken beider Hin­ terräder reicht ein einziges Stellglied, wenn die Stell­ stange eine mit Lenkhebeln beider Hinterräder verbundene Spurstange ist.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind drei da­ von in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsge­ mäßes Stellglied,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Aus­ führungsform eines Stellgliedes,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine dritte Aus­ führungsform eines Stellgliedes.

Das in Fig. 1 gezeigte Stellglied hat in einem Gehäuse 1 eine axial verschiebliche Stellstange 2, bei der es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um die Spurstange einer lenkbaren Hinterachse eines Kraftfahrzeugs handelt. Eine Rückstelleinrichtung 3 sorgt dafür, daß sich die Stell­ stange 2 bei nicht aktiviertem Stellglied in der darge­ stellten Mittelstellung befindet, in welcher die Hinterrä­ der des Kraftfahrzeugs nicht eingeschlagen sind. Die Rück­ stelleinrichtung 3 hat einen fest mit der Stellstange 2 verbundenen Führungskolben, welcher im Gehäuse 1 verschieb­ lich ist und durch zwei Druckfedern 5, 6 in der gezeigten Mittelstellung vorgespannt wird.

Zum Arretieren des Führungskolbens 4 in der gezeigten Mittelstellung dient eine Sperre 7, welche einen in eine Rastausnehmung 8 des Führungskolbens 4 greifenden Sperr­ körper 9 hat. Die Sperre 7 ist elektromagnetisch durch Erregung eines Hubmagneten 11 zu lösen. Hierbei bewegt sich der Sperrkörper 9 gegen die Kraft einer ihn in Sperrstellung vorspannenden Feder 10.

Zum Verschieben der Stellstange 2 aus der dargestellten Mittelstellung nach rechts oder links dient ein Elektro­ motor 12, der über ein Untersetzungsgetriebe 13 ein Außenteil 14 einer Flüssigkeitsreibungskupplung 15 an­ treibt. Ein Innenteil 16 der Flüssigkeitsreibungskupplung 15 ist drehfest mit einer Welle 17 verbunden, auf deren freiem Ende ein Ritzel 18 angeordnet ist. Das Ritzel 18 kämmt in einer Zahnstangenverzahnung 19 der Stellstange 2.

Zur Steuerung des Stellgliedes dient ein Steuergerät 20, welches in Abhängigkeit der Signale eines Geschwindig­ keitsgebers 21 und eines Lenkwinkelgebers 22 arbeitet. Wenn beispielsweise das Fahrzeug langsamer als 5 km/h fährt und die Vorderräder eingeschlagen werden, dann schaltet das Steuergerät 20 den Elektromotor 12 in einem solchen Drehsinn an, daß die Hinterräder gegensinnig zu den Vorderrädern durch Verschieben der Stellstange 2 um beispielsweise 8° verschwenkt werden, weil die Flüssig­ keitskupplung bei den dann auftretenden, relativ großen Geschwindigkeitsdifferenzen ein relativ hohes Drehmoment zu übertragen vermag. Für die Stellbewegung ist natürlich zunächst die Sperre 7 zu lösen. Wenn keine Lenkbewegung der Hinterräder mehr gewünscht wird und der Elektromotor 12 stillsteht, dann vermag die Rückstelleinrichtung 3 die Stellstange 2 wieder zurück in die Mittelstellung und da­ mit die Hinterräder in Geradeausstellung zu verschieben. Da die Flüssigkeitsreibungskupplung 15 bei geringen Ge­ schwindigkeitsdifferenzen zwischen ihrem Innenteil 16 und Außenteil 14 so gut wie kein Kupplungsmoment ausübt, kann diese Rückstellung mit geringer Kraft erfolgen. Sobald die Mittelstellung erreicht ist, rastet die Sperre 7 wie­ der ein.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist die Flüssig­ keitsreibungskupplung 15 koaxial zur Stellstange 2 ange­ ordnet. Das Innenteil 16 der Flüssigkeitsreibungskupplung 15 ist als Bewegungsmutter ausgebildet, welche in ein Hubgewinde 23 der Stellstange 2 eingreift. Weiterhin sind in Fig. 2 in das Hubgewinde 23 eingesetzte Kugeln 24 zu erkennen; bei der Stellstange 2 und der Bewegungsmutter handelt es sich also um ein Kugelumlaufgetriebe.

Im Gegensatz zu Fig. 1 ist gemäß Fig. 2 der Elektromo­ tor 12 achsparallel zur Stellstange 2 angeordnet. Das Un­ tersetzungsgetriebe 13 ist bei dieser Ausführungsform ein Stirnradgetriebe, welches das Außenteil 14 der Flüssig­ keitsreibungskupplung 15 antreibt.

Gemäß Fig. 3 ist der Elektromotor 12 koaxial zur Stell­ stange 2 und auf einer Achse mit der Flüssigkeitsrei­ bungskupplung 15, dem Untersetzungsgetriebe 13 und der Rückstelleinrichtung 3 angeordnet. Das Untersetzungsge­ triebe 13 ist genau wie beim Ausführungsbeispiel nach Fi­ gur 1 als ein doppeltes Planetengetriebe ausgebildet. Die Hubbewegung der Stellstange 2 wird wie gemäß Fig. 2 mit­ tels eines Hubgewindes 23 in der Stellstange 2 erzeugt.

Claims (12)

1. Stellglied zum Herbeiführen einer Lenkbewegung eines Hinterrades oder einer Hinterachse eines Kraftfahrzeugs, bei der eine axial verschiebliche Stellstange mittels eines Elektromotors und eines Untersetzungsgetriebes in die eine oder andere axiale Richtung gegen die Kraft einer mit Federn arbeitenden Rückstelleinrichtung aus einer Mittelstellung verschiebbar ist und welches eine Kupplung zwischen Stellstange und Elektromotor sowie eine elektromagnetisch betätigbare Sperre aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperre (7) zum Blockieren der Rückstelleinrichtung (3) in ihrer Mittelstellung bei Schrittgeschwindigkeit übersteigenden Geschwindigkeiten ausgelegt und die Kupplung eine Flüssigkeitsrei­ bungskupplung (15) ist.

2. Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsreibungskupplung (15) zwischen der Stellstange (2) und dem Untersetzungsgetriebe (13) ange­ ordnet ist.

3. Stellglied nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stellstange (2) eine Zahnstangen­ verzahnung (19) aufweist, in welche ein von der Abtriebs­ seite der Flüssigkeitsreibungskupplung (15) angetriebenes Ritzel (18) eingreift.

4. Stellglied nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Untersetzungsge­ triebe (13) zumindest zwei hintereinander angeordnete Planetengetriebe aufweist.

5. Stellglied nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellein­ richtung (3) einen durch zumindest eine Druckfeder (5, 6) in eine Mittelstellung gehaltenen, in einem Gehäuse (1) verschieblichen und fest mit der Stellstange (2) verbun­ denen Führungskolben (4) hat und daß die Sperre (7) einen in eine Rastausnehmung (8) dieses Führungskolbens (4) greifenden Sperrkörper (9) aufweist.

6. Stellglied nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrkörper (9) durch eine Feder (10) in der in die Rastausnehmung (8) eingreifenden Sperrstellung vorgespannt und ein elektro­ magnetischer Hubmagnet (11) zum Lösen des Sperrkörpers (9) entgegen der Kraft der Feder (10) vorgesehen ist.

7. Stellglied nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (12), das Untersetzungsgetriebe (13), die Flüssigkeits­ reibungskupplung (15) und das die Stellstange (2) antrei­ bende Ritzel (18) rechtwinklig zur Stellstange (2) ange­ ordnet sind.

8. Stellglied nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsrei­ bungskupplung (15) koaxial zur Stellstange (2) angeordnet und die Arbeitsseite der Flüssigkeitsreibungskupplung (15) als in ein Hubgewinde (23) der Stellstange (2) ein­ greifende Bewegungsmutter ausgebildet ist.

9. Stellglied nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsmutter (Innenteil 16) und die Stell­ stange (2) als Kugelumlaufgetriebe ausgebildet sind.

10. Stellglied nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (12) achsparallel zur Stellstange (2) angeordnet und das Untersetzungsgetriebe (13) als Stirnradgetriebe aus­ gebildet ist.

11. Stellglied nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (12) koaxial zur Stellstange (2) angeordnet und das Un­ tersetzungsgetriebe (13) ein Planetengetriebe ist.

12. Stellglied nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellstange (2) eine mit Lenkhebeln beider Hinterräder verbundene Spur­ stange ist.