WO2005111467A1 - Spannungswellengetriebe, insbesondere für eine lenkkrafthilfe eines fahrzeuglenksystems - Google Patents

Spannungswellengetriebe, insbesondere für eine lenkkrafthilfe eines fahrzeuglenksystems Download PDF

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WO2005111467A1
WO2005111467A1 PCT/EP2005/004943 EP2005004943W WO2005111467A1 WO 2005111467 A1 WO2005111467 A1 WO 2005111467A1 EP 2005004943 W EP2005004943 W EP 2005004943W WO 2005111467 A1 WO2005111467 A1 WO 2005111467A1
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WO
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shaft
hub
transmission according
voltage
assembled state
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/004943
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French (fr)
Inventor
Siegmar Gilges
Matthias Mendel
Michael Schaffer
Original Assignee
Harmonic Drive Ag
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/008—Changing the transfer ratio between the steering wheel and the steering gear by variable supply of energy, e.g. by using a superposition gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H49/00—Other gearings
    • F16H49/001—Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H49/00—Other gearings
    • F16H49/001—Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions
    • F16H2049/003—Features of the flexsplines therefor

Definitions

  • the invention relates to a voltage shaft transmission, in particular for a power steering aid of a vehicle steering system, with at least two rotatable components which are in mesh with one another, each of which can be coupled to a shaft, for example an input shaft or output shaft, at least one of the components being cup-shaped with one in the region of the Tooth engagement of the components at a spaced bottom surface is formed, on which the cup-shaped component can be connected in a rotationally fixed manner to the shaft by means of at least one connecting element.
  • Such a voltage wave gear which is also referred to as a harmonic drive gear
  • the stress wave gear has a wave generator (wave generator) which drives a movable, elastically deformable gear ring (Flexspline) with external teeth, which meshes with the internal teeth of a cylindrical gear ring (circular spline).
  • the shaft generator, the flexspline and the circular spline are each connected to a shaft, which can act as an input or output shaft.
  • the Flexspline is pot-shaped.
  • the bottom of the pot is designed as a flange, which is screwed to a counter flange of the shaft using screws.
  • a flange connection is relatively complex to assemble and builds up space due to the counter flange.
  • the invention has for its object to provide a voltage shaft gear of the type mentioned, which is compact in terms of its dimensions, in particular with regard to its axial length. According to a side aspect of the invention, a backlash-free and secure connection between the pot-shaped component of the stress wave transmission and the shaft connected to this component is also to be achieved.
  • a voltage wave transmission which has the features mentioned in claim 1.
  • the voltage wave transmission is characterized, among other things, by the fact that the connecting element lies essentially within the pot-shaped component.
  • the stress wave gear can be made particularly compact, since the free volume of the pot-shaped component that is present anyway is used between the area of the tooth engagement and the pot base or the base surface. This makes it a compact Design of the voltage shaft gearbox achieved in both the axial and radial directions.
  • the Flexspline or the Circular Spline are suitable as rotatable, tooth-meshing components of the stress wave transmission.
  • Such a component can also relate to the dynamic spline, which corresponds to the circular spline and differs from it in that it has the same number of teeth as the flex spline.
  • the Circular Spline has a larger number of teeth than the Flexspline.
  • the connecting element is a hub attached to the bottom surface of the pot-shaped component, which is supported on the shaft in the assembled state.
  • the connecting element and the cup-shaped component are arranged coaxially to the central axis of the stress wave transmission.
  • the shaft which is connected to the connecting element in a rotationally fixed manner, can be held coaxially with the pot-shaped component, thereby creating a structurally simple and compact arrangement of the shaft and the pot-shaped component.
  • the connecting element and the shaft can be positively connected for the transmission of a torque. As a result, a connection between the shaft and the cup-shaped component can be realized, by means of which particularly high torques can also be transmitted without causing the shaft to slip, that is, to slip through the connecting element.
  • the positive connection is formed by a multi-spline profile on the inner circumference of the connecting element designed as a hub, which engages in a corresponding counter profile on the outer circumference of the shaft in the assembled state of the voltage shaft gear.
  • An advantageous embodiment of the invention further provides securing means against axial displacement of the connecting element designed as a hub with respect to the shaft, in order to avoid an unwanted release of the hub from the shaft.
  • the hub is braced in the axial direction with the shaft by means of the securing means in the assembled state.
  • This measure creates a frictional connection between the hub and the shaft, which also enables the transmission of high torques between the hub and the shaft.
  • the securing means thus has a dual function, namely in addition to the axial function Locking of the connecting element against the shaft also the function of torque transmission. If the bracing is provided in addition to a positive connection between the hub and the shaft, the design-related play in the transmission of the torque between the shaft and the hub can be compensated in this way. As a result, a backlash-free torque transmission between the shaft and the cup-shaped component can be achieved at least for the load cases that usually occur during operation of the stress wave gear.
  • This double function can be implemented in a simple and effective manner by the securing means having a screw element, such as a nut, which can be screwed onto the shaft and presses the hub against a shoulder of the shaft in the assembled state. As a result, a particularly durable and high-tension connection is produced.
  • a screw element such as a nut
  • At least one with the corresponding end face of the parts causing the axial bracing is at least partially provided with a friction-increasing coating. This measure increases the frictional connection between the shaft and the connecting element, so that a backlash-free torque transmission is achieved by this frictional connection alone even at higher torques.
  • the securing means can also be made for the securing means to be formed by at least one securing element which can be latched into at least one circumferential groove on the shaft and by means of which, in the assembled state, the hub is held axially against a shoulder of the shaft is. In this way too, a simple and inexpensive securing against axial displacement of the hub relative to the shaft is realized. Because only one securing element is pulled open, the axial securing of the position can also be produced with little effort.
  • the measure aims that the securing means are formed by two securing elements which can be snapped into circumferential grooves in the shaft, between which the hub is held axially on the shaft in the assembled state.
  • the hub prefferably has a recess on the side, in which the securing means is received in the assembled state.
  • This measure also aims in the direction of providing a tension shaft gear with a particularly compact design in the axial direction.
  • the hub and the cup-shaped component are separate Are parts which are preferably connected to one another by welding, in particular laser welding or electron beam welding.
  • welding in particular laser welding or electron beam welding.
  • the cup-shaped component with the hub can be produced in a simple and inexpensive manner, since the cup-shaped component, which is usually of relatively complex design, can be produced separately from the hub.
  • existing pot-shaped components without a hub can be used.
  • the cup-shaped component of the flexspline of the tension shaft transmission is preferably. In principle, this has a relatively large internal volume in order to have sufficient elastic deformability in the region of its toothing in spite of the shape of the pot for proper gear function.
  • the tension shaft gear is preferably designed as a superposition gear and has an input shaft, which is designed as a hollow shaft and drives the shaft generator of the tension shaft gear, in which the shaft for the flexspline runs.
  • a shaft in particular an output or drive shaft, is also provided for the rotationally fixed connection to the voltage shaft gear.
  • the tension shaft transmission and the shaft are preferably used in a vehicle steering system, in particular in a vehicle steering system with a steering aid. embodiments
  • Figure 1 shows a possible embodiment of the tension shaft transmission according to the invention in a power steering system as a sectional view
  • Figure 2 shows another embodiment of the voltage shaft transmission in a power steering system as a sectional view.
  • a voltage wave transmission 1 is shown, which is part of a power steering system of a vehicle steering system.
  • the stress wave gear 1 serves there as a superposition gear for superimposing steering movements. It is connected on the one hand to a shaft or steering input shaft 4 which executes a main steering movement and is connected to the steering wheel of the vehicle via the steering spindle, and to a steering output shaft 5 in a rotationally fixed manner. Beyond that it is Tension shaft gear 1 is connected in a rotationally fixed manner to a further input shaft 20, which forms the output shaft of an electric motor 19 and generates an auxiliary steering movement. The tension shaft transmission 1 enables the main steering movement and the auxiliary steering movement to be superimposed and generates a resulting steering movement via the steering output shaft 5 onto the wheels.
  • the steering input shaft 4 with the elastically deformable gear ring (Flexspline) and the steering output shaft 5 with the circular spline 3 of the tension shaft gear 1 are each rotatably connected.
  • the further input shaft 20 is connected to the shaft generator 21 of the voltage shaft transmission 1 in a rotationally fixed manner.
  • the known principle of operation of the tension shaft transmission 1 as well as the mode of operation of the steering assistance shown in FIG. 1 will not be explained in more detail here.
  • the Flexspline 2 is cup-shaped and has an external toothing which meshes with the internal toothing of the circular spline 3.
  • the flexspline 2 inherently has a certain minimum distance between the area 6 of the external toothing or the tooth engagement with the Circular spline 3 and the bottom surface 7 provided by the pot shape.
  • This freely available volume which is inherent to the principle, is used to produce a connecting element 8 for the rotationally fixed connection of the steering input shaft 4 to the Flexspline 2.
  • the connecting element 8 is a hub fastened to the bottom surface 7 of the Flexsplines 2, which is supported on the steering input shaft 4 in the assembled state.
  • the hub 8 and the Flexspline 2 are arranged coaxially to the central axis 9 of the stress wave transmission.
  • the hub 8 and the steering input shaft 4 are positively connected to one another for the transmission of a torque. This ensures in particular the transmission of torque peaks. Torque peaks of this type can occur, for example, in the event of misuse when blocking or when the steering output shaft 5 is stiff
  • the positive connection is formed by a splined profile 10 on the inner circumference of the hub 8, which engages in a corresponding counter profile 11 on the outer circumference of the steering input shaft 4.
  • securing means 12 against axial displacement of the hub 8 with respect to the steering input shaft 4 are provided.
  • the securing means 12 are formed by a securing element 16, such as, for example, a locking washer, circlip, snap ring, which is engaged in a circumferential groove 17 of the steering input shaft 4 and by means of which the hub 8 against one Paragraph 14 of the steering input shaft 4 is held axially.
  • the securing element 16 is underlaid in relation to the hub 8 with a disk element 22 pushed over the shaft 4.
  • the hub 8 has a recess 18 on the side, in which the securing element 16 and the disk element are received. This enables a particularly compact design of the voltage shaft transmission 1 in the axial direction.
  • the flexspline 2 and the hub 8 are made in one piece in the present exemplary embodiment.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the tension shaft transmission 1, which is also used in a power steering system of a vehicle steering system according to FIG. 1.
  • Components in FIG. 2 which are identical to those in FIG. 1 are provided with the same reference symbols; in this respect reference is made to the description of FIG. 1.
  • the exemplary embodiment of the voltage wave transmission 1 according to FIG. 2 differs from the exemplary embodiment in FIG. 1, inter alia, in that the connecting element 8 and the flexspline 2 are separate components which are connected to one another by means of welding, preferably laser welding or electron welding.
  • a shaft nut 13 is provided as securing means 12, which is screwed onto the steering input shaft 4 and presses the hub 8 against the shoulder 14 of the steering input shaft 4. It is because of it by means of the shaft nut 13, both securing against axial displacement of the hub 8 with respect to the steering input shaft 4 and, at the same time, a frictional connection for transmitting a torque between the steering input shaft 4 and the hub 8 are realized.
  • This frictional connection enables in particular a torque transmission between the steering input shaft 4 and the hub 8 without play. If such a connection were not provided, the connecting element 8 would be rotated relative to the steering input shaft 4 by the multi-spline connection between the hub 8 and the steering input shaft 4 Game come.
  • the corresponding end faces 15 of the shoulder 14 of the steering input shaft 4 and the hub 8 each have a friction-increasing coating, by means of which even higher torques can be transmitted.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spannungswellengetriebe (1), insbesondere für eine Lenkkrafthilfe eines Fahrzeuglenksystems, mit wenigstens zwei drehbaren, miteinander in Zahneingriff stehenden Bauteilen (2, 3), welche jeweils mit einer Welle (4; 5), beispielsweise einer Antriebswelle oder Abtriebswelle, koppelbar sind, wobei wenigstens eines der Bauteile (2, 3) topfförmig mit einer zum Bereich (6) des Zahneingriffs beabstandeten Bodenfläche (7) ausgebildet ist, an welcher das Bauteil (2) mittels wenigstens eines Verbindungselementes (8) mit der Welle (4) drehfest verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Verbindungselement (8) im Wesentlichen innerhalb des topfförmigen Bauteiles (2) liegt. Es ist ferner eine entsprechende Welle (4) sowie ein Fahrzeuglenksystem, insbesondere mit einer Lenkkrafthilfe, mit dem Spannungswellengetriebe (1) und der Welle (4) vorgesehen.

Description

Bezeichnung: Spannungswellengetriebe, insbesondere für eir.e Lenkkrafthilfe eines Fahrzeuglenksystems
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Spannungswellengetriebe, insbesondere für eine Lenkkrafthilfe eines Fahrzeuglenksystems, mit wenigstens zwei drehbaren, miteinander in Zahneingriff stehenden Bauteilen, welche jeweils mit einer Welle, beispielsweise einer Antriebswelle oder Abtriebswelle, koppelbar sind, wobei wenigstens eines der Bauteile topfförmig mit einer zum Bereich des Zahneingriffs der Bauteile beabstandeten Bodenfläche ausgebildet ist, an welcher das topfförmige Bauteil mittels wenigstens eines Verbindungselementes mit der Welle drehfest verbindbar ist.
Stand der Technik
Ein derartiges Spannungswellengetriebe, welches auch als Harmonic-Drive-Getriebe bezeichnet wird, ist bereits aus dem Konstruktionshandbuch, Harmonic Drive Antriebstechnik GmbH, Li burg/Lahn, 3. Auflage, April 1999, bekannt. Das Spannungswellengetriebe weist einen Wellengenerator (Wavegenerator) auf, welcher einen bewegbaren, elastisch verformbaren Getriebering (Flexspline) mit Außenverzahnung antreibt, welche mit der Innenverzahnung eines zylindrischen Getrieberinges (Circular Spline) kämmt. Der Wellengenerator, der Flexspline sowie der Circular Spline sind jeweils mit einer Welle verbunden, welche als Antriebs- bzw. Abtriebswelle wirken können. Der Flexspline ist dabei topfförmig ausgebildet. Zur Verbindung des Flexsplines mit der Welle ist der Topfboden als Flansch ausgeführt, welcher mittels Schrauben mit einem Gegenflansch der Welle verschraubt wird. Eine solche Flanschverbindung ist montagemäßig relativ aufwendig und baut aufgrund des Gegenflansches platzmäßig auf.
Aufgabenstellung
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Spannungswellengetriebe der eingangs genannter Art zu schaffen, welches hinsichtlich seiner Abmessungen, insbesondere hinsichtlich seiner axialen Baulänge, kompakt gebaut ist. Nach einem Nebenaspekt der Erfindung soll darüber hinaus eine spielfreie und sichere Verbindung zwischen dem topfformigen Bauteil des Spannungswellengetriebes und der mit diesem Bauteil verbundenen Welle erreicht werden.
Erfindung und vorteilhafte Wirkungen
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Spannungswellengetriebe vorgeschlagen, welches die in Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist. Das Spannungswellengetriebe zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass das Verbindungselement im Wesentlichen innerhalb des topfformigen Bauteiles liegt. Durch diese Maßnahme kann das Spannungswellengetriebe besonders kompakt ausgebildet werden, da das sowieso vorhandene freie Volumen des topfformigen Bauteiles zwischen dem Bereich des Zahneingriffs und des Topfbodens beziehungsweise der Bodenfläche ausgenutzt wird. Es ist dadurch eine kompakte Bauform des Spannungswellengetriebes sowohl in axialer als auch in radialer Richtung erreicht.
Als drehbare, miteinander in Zahneingriff stehende Bauteile des Spannungswellengetriebes kommen bspw. der Flexspline oder der Circular Spline in Frage. Auch kann ein solches Bauteil den Dynamic Spline betreffen, welcher dem Circular Spline entspricht und sich von diesem dadurch unterscheidet, dass er die gleiche Zähnezahl wie der Flexspline aufweist. Der Circular Spline weist dagegen eine größere Anzahl an Zähnen auf als der Flexspline.
Nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Verbindungselement eine an der Bodenfläche des topfformigen Bauteiles befestigte Nabe ist, welche sich im montierten Zustand auf der Welle abstützt. Dadurch kann in einfacher Weise eine drehfeste Verbindung zwischen dem topfformigen Bauteil und der Welle durch Aufstecken der Nabe auf die Welle beziehungsweise auf ein Wellenende ohne zusätzliche Bauteile, wie beispielsweise Schrauben oder dergleichen, realisiert werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Verbindungselement und das topfförmige Bauteil koaxial zur Mittelachse des Spannungswellengetriebes angeordnet sind. Hierdurch kann die mit dem Verbindungselement drehfest verbundene Welle koaxial zum topfformigen Bauteil gehalten werden, wodurch eine konstruktiv einfach zu realisierende und kompakte Anordnung von Welle zu topfförmigem Bauteile geschaffen ist. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Verbindungselement und die Welle zur Übertragung eines Drehmomentes formschlüssig verbindbar sind. Dadurch kann eine Verbindung zwischen Welle und topfförmigem Bauteil realisiert werden, mittels welcher auch besonders hohe Drehmomente sicher übertragen werden können, ohne dass es dadurch zu einem Schlupf, also zu einem Durchrutschen der Welle in dem Verbindungselement kommt.
Dabei bietet es sich an, dass die Formschlussverbindung durch ein Vielkeilprofil am Innenumfang des als Nabe ausgebildeten Verbindungselementes gebildet ist, welches im montierten Zustand des Spannungswellengetriebes in ein korrespondierendes Gegenprofil am Außenumfang der Welle eingreift. Es ist dadurch eine Formschlussverbindung realisiert, welche in einfacher Weise durch Aufschieben der Nabe auf die Welle hergestellt wird und ebenso einfach durch Auseinanderziehen von Nabe und Welle wieder gelöst werden kann.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht ferner Sicherungsmittel gegen ein axiales Verschieben des als Nabe ausgebildeten Verbindungselementes gegenüber der Welle vor, um ein ungewolltes Lösen der Nabe von der Welle zu vermeiden.
Dabei ist es von Vorteil, wenn im montierten Zustand die Nabe mit der Welle mittels der Sicherungsmittel in axialer Richtung verspannt ist. Durch diese Maßnahme ist ein Reibschluß zwischen Nabe und Welle realisiert, welcher auch die Übertragung hoher Drehmomente zwischen Nabe und Welle ermöglicht. Damit kommt dem Sicherungsmittel eine Doppelfunktion zu, nämlich neben der Funktion der axialen Verschiebesicherung des Verbindungselementes gegenüber der Welle auch die Funktion der Drehmomentübertragung. Sofern die Verspannung zusätzlich zu einer Formschlussverbindung zwischen Nabe und Welle vorgesehen ist, kann auf diese Weise das konstruktionsbedingt vorhandene Spiel bei der Übertragung des Drehmomentes zwischen Welle und Nabe kompensiert werden. Es kann dadurch also eine spielfreie Drehmomentübertragung zwischen der Welle und dem topfformigen Bauteil zumindest für die üblicherweise im Betrieb des Spannungswellengetriebes auftretenden Belastungsfälle realisiert werden.
Diese Doppelfunktion ist auf einfache und wirkungsvolle Weise realisierbar, indem die Sicherungsmittel ein Schraubelement, wie beispielsweise eine Mutter, aufweisen, welche auf die Welle aufschraubbar ist und im montierten Zustand die Nabe gegen einen Absatz der Welle presst. Es ist dadurch eine besonderes haltbare und hohe Verspannungskräfte erzeugende Verbindung realisiert.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass wenigstens ein mit der korrespondierenden Stirnseite der die axiale Verspannung bewirkenden Teile (Welle, Nabe, Absatz) zumindest teilweise mit einer reiberhöhenden Beschichtung versehen ist. Durch diese Maßnahme wird der Kraftschluss zwischen der Welle und dem Verbindungselement erhöht, so dass eine spielfreie Drehmomentübertragung allein durch diesen Kraftschluss auch bei höheren auftretenden Drehmomenten erreicht ist.
Mit Vorteil ist eine beidseitig reibwerterhöhend beschichtete Scheibe zwischen den korrespondierenden Stirnseiten der die axiale Verspannung bewirkenden Teile vorgesehen. Dadurch kann die Kontaktfläche zwischen den Stirnseiten vergrößert und damit das durch die Kraftschlußverbindung übertragbare Drehmoment erhöht werden.
Alternativ zur axialen Verspannung von Welle und Nabe kann es auch vorgesehen sein, dass die Sicherungsmittel durch wenigstens ein Sicherungselement gebildet sind, welches in wenigstens eine umfangseitig umlaufenden Nut der Welle einrastbar ist und mittels welchem in montiertem Zustand die Nabe gegen einen Absatz der Welle axial gehalten ist. Auch auf diese Weise ist eine einfache und kostengünstige Sicherung gegen axiales Verschieben der Nabe gegenüber der Welle realisiert. Aufgrund des Aufziehens von nur einem Sicherungselement ist darüber hinaus die axiale Lagesicherung mit geringem Aufwand herstellbar.
In die gleiche Richtung zielt die Maßnahme, dass die Sicherungsmittel durch zwei Sicherungselemente gebildet sind, welche in umfangsseitig umlaufenden Nuten der Welle einrastbar sind, zwischen denen im montierten Zustand die Nabe axial auf die Welle gehalten ist.
Es bietet sich an, dass die Nabe seitlich eine Ausnehmung aufweist, in welche im montierten Zustand das Sicherungsmittel aufgenommen ist. Auch diese Maßnahme zielt in die Richtung, ein Spannungswellengetriebe mit einer besonders kompakten Bauform in axialer Richtung bereitzustellen.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist es ferner vorgesehen, dass die Nabe und das topfförmige Bauteil separate Teile sind, welche vorzugsweise durch Verschweißung, insbesondere Laser-Schweißen oder Elektronenstrahlschweißen, miteinander verbunden sind. Hierdurch ist das topfförmige Bauteil mit der Nabe in einfacher und kostengünstiger Weise herstellbar, da das üblicherweise relativ komplex gestaltete topfförmige Bauteil getrennt von der Nabe hergestellt werden kann. Darüber hinaus kann dadurch auf bereits bestehende topfförmige Bauteile ohne Nabe zurückgegriffen werden.
Vorzugsweise ist das topfförmige Bauteil der Flexspline des Spannungswellegetriebes. Dieser weist prinzipbedingt ein relativ großes Innenvolumen auf, um trotz der Topfform im Bereich seiner Verzahnung eine ausreichende elastische Verformbarkeit für eine ordnungsgemäße Getriebefunktion zu haben.
Vorzugsweise ist das Spannungswellengetriebe als Überlagerungsgetriebe ausgebildet und weist eine als Hohlwelle ausgebildete, den Wellengenerator des Spannungswellengetriebes antreibende Eingangswelle auf, in welcher die Welle für den Flexspline verläuft.
Zur Lösung der Aufgabe ist ferner eine Welle, insbesondere Abtriebs- oder Antriebswelle zum drehfesten Verbinden mit dem Spannungswellengetriebe vorgesehen.
Vorzugsweise werden das Spannungswellengetriebe und die Welle in einem Fahrzeuglenksystem, insbesondere in einem Fahrzeuglenksystem mit einer Lenkkrafthilfe, eingesetzt. Ausführungsbeispiele
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
Figur 1 ein mögliches Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spannungswellengetriebes in einem Lenkkrafthilfesystem als Schnittdarstellung und
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Spannungswellengetriebes in einem Lenkkrafthilfesystem als Schnittdarstellung.
In Figur 1 ist ein Spannungswellengetriebe 1 dargestellt, welches Bestandteil einer Lenkkrafthilfe eines Fahrzeuglenksystems ist. Das Spannungswellengetriebe 1 dient dort als Überlagerungsgetriebe zum Überlagern von Lenkbewegungen. Es ist zum einen mit einer eine Hauptlenkbewegung ausführenden Welle beziehungsweise Lenkeingangswelle 4, welche über die Lenkspindel mit dem Lenkrad des Fahrzeuges verbunden ist, und einer Lenkausgangswelle 5 drehfest verbunden. Darüber hinaus ist das Spannungswellengetriebe 1 mit einer weiteren Eingangswelle 20 drehfest verbunden, welche die Abtriebswelle eines Elektromotors 19 bildet und eine Hilfslenkbewegung erzeugt. Das Spannungswellengetriebe 1 ermöglicht eine Überlagerung von Hauptlenkbewegung und Hilfslenkbewegung und erzeugt eine daraus resultierende Lenkbewegung über die Lenkausgangswelle 5 auf die Räder.
Bei dieser Lenkkrafthilfe ist die Lenkeingangswelle 4 mit dem elastisch verformbaren Getriebering (Flexspline) und die Lenkausgangswelle 5 mit dem Circular Spline 3 des Spannungswellengetriebes 1 jeweils drehfest verbunden. Darüber hinaus ist die weitere Eingangswelle 20 mit dem Wellengenerator 21 des Spannungswellengetriebes 1 drehfest verbunden. Das an sich bekannte Funktionsprinzip des Spannungswellengetriebes 1 wie auch die Funktionsweise der in Figur 1 dargestellten Lenkkrafthilfe soll hier nicht näher erläutert werden. Diesbezüglich wird auf die parallele internationale Patentanmeldung mit der Bezeichnung „Vorrichtung zum Überlagern von Lenkbewegungen für eine Lenkkrafthilfe sowie Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung" der Anmelderin mit gleichem Zeitrang verwiesen.
Der Flexspline 2 ist topfförmig ausgebildet und weist eine Außenverzahnung auf, welche mit der Innenverzahnung des Circular Splines 3 kämmt. Um eine ausreichende elastische Verformbarkeit des Flexsplines 2 sicherzustellen, welche für eine ordnungsgemäße Funktion des Spannungswellengetriebes 1 notwendig ist, weist der Flexspline 2 von Hause aus einen gewissen Mindestabstand zwischen dem Bereich 6 der Außenverzahnung beziehungsweise des Zahneingriffs mit dem Circular Spline 3 und der durch die Topfform vorliegende Bodenfläche 7 auf. Dieses prinzipbedingt vorhandene frei verfügbare Volumen wird ausgenutzt, um dort ein Verbindungselement 8 zum drehfesten Verbinden der Lenkeingangswelle 4 mit dem Flexspline 2 zu erzeugen.
Das Verbindungselement 8 ist bei dem Ausführungsbeispiel eine an der Bodenfläche 7 des Flexsplines 2 befestigte Nabe, welche sich im montierten Zustand auf der Lenkeingangswelle 4 abstützt. Die Nabe 8 und der Flexspline 2 sind koaxial zur Mittelachse 9 des Spannungswellengetriebes angeordnet.
Die Nabe 8 und die Lenkeingangswelle 4 sind zur Übertragung eines Drehmomentes formschlüssig miteinander verbunden. Hierdurch ist insbesondere die Übertragung von Drehmomentspitzen gewährleistet. Derartige Drehmomentspitzen können beispielsweise im Missbrauchsfall beim Blockieren oder bei Schwergängigkeit der Lenkausgangswelle 5 auftreten
Die Formschlussverbindung ist durch ein Vielkeilprofil 10 am Innenumfang der Nabe 8 gebildet, welche in ein korrespondierendes Gegenprofil 11 am Außenumfang der Lenkeingangswelle 4 eingreift.
Zusätzlich sind Sicherungsmittel 12 gegen ein axiales Verschieben der Nabe 8 gegenüber der Lenkeingangswelle 4 vorgesehen. Die Sicherungsmittel 12 sind durch ein Sicherungselement 16, wie beispielsweise Sicherungsscheibe, Sicherungsring, Sprengring, gebildet, welches in eine umfangsseitig umlaufende Nut 17 der Lenkeingangswelle 4 eingerastet ist und mittels welchem die Nabe 8 gegen einen Absatz 14 der Lenkeingangswelle 4 axial gehalten ist. Das Sicherungselement 16 ist dabei gegenüber der Nabe 8 mit einem über die Welle 4 geschobenen Scheibenelement 22 unterlegt.
Die Nabe 8 weist seitlich eine Ausnehmung 18 auf, in welcher das Sicherungselement 16 und das Scheibenelement aufgenommen sind. Dadurch ist eine besonders kompakte Bauweise des Spannungswellengetriebes 1 in axialer Richtung möglich. Der Flexspline 2 und die Nabe 8 sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einteilig ausgeführt.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Spannungswellengetriebes 1, welches ebenfalls bei einer Lenkkrafthilfe eines Fahrzeuglenksystems gemäß Figur 1 verwendet wird. Bauteile der Figur 2, welche mit denen aus Figur 1 identisch sind, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen; insoweit wird auf die Beschreibung zu Figur 1 verwiesen.
Das Ausführungsbeispiel des Spannungswellengetriebes 1 gemäß Figur 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel in Figur 1 unter anderem dadurch, dass das Verbindungselement 8 und der Flexspline 2 separate Bauteile sind, welche mittels Verschweißen, vorzugsweise Laser-Schweißen oder Elektronenschweißen, miteinander verbunden sind.
Darüber hinaus ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 anstelle eines Sicherungsringes eine Wellenmutter 13 als Sicherungsmittel 12 vorgesehen, welche auf die Lenkeingangswelle 4 aufgeschraubt ist und die Nabe 8 gegen den Absatz 14 der Lenkeingangswelle 4 presst. Es ist dadurch mittels der Wellenmutter 13 sowohl ein Sichern gegen axiales Verschieben der Nabe 8 gegenüber der Lenkeingangswelle 4 und gleichzeitig auch eine Kraftschlussverbindung zur Übertragung eines Drehmomentes zwischen Lenkeingangswelle 4 und Nabe 8 realisiert. Diese Kraftschlussverbindung ermöglicht insbesondere eine spielfreie Drehmomentübertragung zwischen der Lenkeingangswelle 4 und der Nabe 8. Wäre eine solche Verbindung nicht vorgesehen, so würde es zu einer relativen Verdrehung des Verbindungselementes 8 gegenüber der Lenkeingangswelle 4 um das durch die Vielkeilverbindung zwischen der Nabe 8 und Lenkeingangswelle 4 vorliegende Spiel kommen.
Zusätzlich weisen die korrespondierenden Stirnseiten 15 des Absatzes 14 der Lenkeingangswelle 4 und der Nabe 8 jeweils eine reiberhöhende Beschichtung auf, mittels welcher noch höhere Drehmomente übertragen werden können.
Bezugszeichenliste
1 Spannungswe11engetriebe 2 Bauteil, Flexspline 3 Bauteil, Circular Spline 4 Welle, Lenkeingangswelle 5 Welle, Lenkausgangswelle 6 Bereich 7 Bodenfläche 8 Verbindungselement, Nabe 9 Mittelachse 10 Vielkeilprofil 11 Gegenprofil 12 Sicherungsmittel 13 Mutter, Wellenmutter 14 Absatz, Wellenabsatz 15 Stirnseiten 16 Sicherungselement 17 Nut 18 Ausnehmung 19 Motor 20 weitere Eingangswelle 21 Wellengenerator 22 Scheibenelement

Claims

Patentansprüche
1. Spannungswellengetriebe (1), insbesondere für eine Lenkkrafthilfe eines Fahrzeuglenksystems, mit wenigstens zwei drehbaren, miteinander in Zahneingriff stehenden Bauteilen (2, 3), welche jeweils mit einer Welle (4; 5), beispielsweise einer Antriebswelle oder Abtriebswelle, koppelbar sind, wobei wenigstens eines der Bauteile (2, 3) topfförmig mit einer zum Bereich (6) des Zahneingriffs beabstandeten Bodenfläche (7) ausgebildet ist, an welcher das topfförmige Bauteil (2) mittels wenigstens eines Verbindungselementes (8) mit der Welle (4) drehfest verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (8) im wesentlichen innerhalb des topfformigen Bauteiles (2) liegt.
2. Spannungswellengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (8) eine an der Bodenfläche (7) des topfformigen Bauteiles (2) befestigte Nabe ist, welche sich im montierten Zustand auf der Welle (4) abstützt.
3. Spannungswellengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (8) und das topfförmige Bauteil (2) koaxial zur Mittelsachse (9) des Spannungswellengetriebes (1) angeordnet sind.
4. Spannungswellengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (8) und die Welle (4) zur Übertragung eines Drehmomentes formschlüssig verbindbar sind.
5. Spannungswellengetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlussverbindung durch ein Vielkeilprofil (10) am Innenumfang der Nabe (8) gebildet ist, welche im montierten Zustand des Spannungswellengetriebes (1) in ein korrespondierendes Gegenprofil (11) am Außenumfang der Welle (4) eingreift.
6. Spannungswellengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch Sicherungsmittel (12) gegen axiales Verschieben des als Nabe ausgebildeten Verbindungselementes (8) gegenüber der Welle (4).
7. Spannungswellengetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im montierten Zustand mittels der Sicherungsmittel (12) die Nabe (8) mit der Welle (4) in axialer Richtung verspannt ist.
8. Spannungswellengetriebe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (8) ein Schraubelement, wie beispielsweise eine Mutter (13) , aufweist, welches auf die Welle (4) aufschraubbar ist und im montierten Zustand die Nabe (8) gegen einen Absatz (14) der Welle (4) presst.
9. Spannungswellengetriebe nach Anspruch 7 oder 8, dass wenigstens eine der korrespondierenden Stirnseiten (15) der die axiale Verspannung bewirkenden Teile (Welle (4), Nabe (8), Absatz 14)) zumindest teilweise mit einer reiberhöhenden Beschichtung versehen ist und/oder eine beidseitig reibwerterhöhend beschichtete Scheibe zwischen den korrespondierenden Stirnseiten (15) angeordnet ist.
10. Spannungswellengetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungsmittel (12) durch wenigstens ein Sicherungselement 16, wie beispielsweise Sicherungsscheibe, Sicherungsring, Sprengring, gebildet ist, welches in wenigstens eine umfangsseitig umlaufende Nut (17) der Welle (4) einrastbar ist, und mitteis welchem im montierten Zustand die Nabe (8) gegen einem Absatz (14) der Welle (4) axial gehalten ist.
11. Spannungswellengetriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungsmittel (12) durch zwei Sicherungselemente gebildet sind, welche in umfangsseitig umlaufende Nuten der Welle (4) einrastbar sind, zwischen denen im montierten Zustand die Nabe (8) axial auf der Welle (4) gehalten ist.
12. Spannungswellengetriebe nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (8) seitlich eine Ausnehmung (18) aufweist, in welcher im montierten Zustand das Sicherungsmittel (12) aufgenommen ist.
13. Spannungswellengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (8) und das topfförmige Bauteil (2) separate Teile sind, welche vorzugsweise mittels Verschweißung, insbesondere Laserschweißen oder Elektronenstrahlschweißen, miteinander verbunden sind.
14. Spannungswellengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das topfförmige Bauteil (2) der Flexspline des Spannungswellengetriebes (1) ist.
15. Spannungswellengetriebe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es als Überlagerungsgetriebe ausgebildet ist und eine als Hohlwelle ausgebildete, den Wellengenerator (21) des Spannungswellengetriebes (1) antreibende Eingangswelle (20) aufweist, in welcher die Welle (4) für den Flexspline (2) verläuft.
16. Welle, insbesondere Abtriebs- oder Antriebswelle, für ein Spannungswellengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche .
17. Fahrzeuglenksystem, insbesondere mit einer Lenkkrafthilfe, enthaltend wenigstens ein Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15 und/oder wenigstens eine Welle nach Anspruch 16 .
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