WO1998002343A1 - Power steering device - Google Patents

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WO1998002343A1
WO1998002343A1 PCT/EP1997/003619 EP9703619W WO9802343A1 WO 1998002343 A1 WO1998002343 A1 WO 1998002343A1 EP 9703619 W EP9703619 W EP 9703619W WO 9802343 A1 WO9802343 A1 WO 9802343A1
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WO
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gear
power steering
electric motor
steering device
output shaft
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PCT/EP1997/003619
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Inventor
Dieter Heitzer
Original Assignee
Trw Fahrwerksysteme Gmbh & Co. Kg
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears
    • H02K7/1163—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears where at least two gears have non-parallel axes without having orbital motion
    • 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
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0403—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by constructional features, e.g. common housing for motor and gear box
    • 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
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0409—Electric motor acting on the steering column
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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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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    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection

Definitions

  • the invention relates to a power steering device with an input shaft, an output shaft connected to it via a torsion element, a torque sensor, an electric motor and a reduction gear with a gearwheel arranged on the output shaft and connected to other gear wheels of the reduction gear.
  • So-called electric power steering devices of the generic type are known per se.
  • the input shaft is connected to a steering wheel, so that the torques that occur due to the rotation of the steering wheel are transmitted to the output shaft by means of the torsion element.
  • the output shaft is connected via a pinion to a steering gear known per se.
  • the torques are detected by means of a torque sensor and used to control an electric motor.
  • the electric motor is connected to the output shaft via a reduction gear. Thus, when the torque occurs, the electric motor generates power steering.
  • Such power steering devices often have a worm gear between the electric motor and the output shaft.
  • other designs of the reduction gear are known which, due to the principle, enable a higher gear efficiency than a worm gear.
  • Alternative designs are described, for example, in US Pat. No. 4,865,145, US Pat. No. 5,145,021, US Pat. No. 5,133,423, and US Pat. No. 4,621,701.
  • a so-called planetary gear with coaxial input and output shaft is used as a reduction gear between the pinion of the electric motor and the gear on the output shaft (e.g. US Pat. No. 4,865,145) or a parallel-axis gear with one or more intermediate shafts (e.g. B. U.S. Patent 4,621,701).
  • the adjustability of the gear play during the manufacturing process is of great importance in the aforementioned power steering devices, since the electric motor constantly reverses and the changing direction of the engine torque causes knocking noises when the gear play is too large, whereas if the gear play is too small there is a risk that the steering movement may be caused by high frictional forces is disturbed in the reduction gear.
  • a conflict of objectives in the design of such an electric power steering system is the selection of the gear ratio of the reduction drive.
  • a high gear ratio makes it possible to generate a high level of steering support even when using a conventional 12 volt DC motor, but it leads to the moment of inertia of the steering system becoming very large, because the reduced rotor moment of inertia of the electric motor is known to square the gear ratio into the total moment of inertia of the steering system comes in.
  • a high moment of inertia of the steering system affects the steering feel on the one hand and can lead to instability of the vehicle due to the higher tendency of the steering system to oscillate at high driving speeds.
  • the known electric power steering systems are therefore only suitable for vehicles with relatively small front axle loads and correspondingly low demands on the support torque.
  • the present invention is based on the object, a power steering device of the generic type
  • the reduction gear comprises at least one bevel gear set and at least one spur gear set.
  • This technical configuration makes it possible to set the gear play of both wheel sets independently of one another during the manufacturing process and thus to compensate for the usual manufacturing tolerances between the individual bearing points of the reduction gear.
  • the adjustability of the gear play results in the case of the bevel gear set, for example, in that the axial position of the bevel gears on their shafts is adjusted by means of spacers.
  • a particularly advantageous solution of the invention for adjusting the gear play in the spur gear set results from an eccentric arrangement of the shaft of the electric motor relative to the gear flange.
  • This technical configuration makes it possible to arrange the axis of the electric motor in a plane which is maximally displaced parallel to the plane of the output shaft by the center distance of the parallel-axis transmission. It is only through this measure that in many cases the entire system can be accommodated in the vehicle at all, without increasing the installation space of other components of the vehicle arranged in the area of the steering system claim.
  • the steering system according to the invention can be produced and assembled with less economic effort than the previously known systems of this type.
  • the easy adjustment of the gear play results in the parallel-axis gearbox in that the parallel axes are mounted in the housing in such a way that their radial distance can be changed within certain limits.
  • an electric motor without permanent magnets an electronically commutated so-called “variable reluctance motor” or “switched reluctance motor” is used, the output torque of which is caused solely by electromagnetic fields.
  • the use of such a magnetless motor has the advantage that no coupling is required between the motor and the reduction gear, which decouples the motor from the drive shaft of the reduction gear when the current is switched off. This advantage is due to the fact that a magnetless motor cannot generate braking torque when the current is switched off and short-circuited connecting lines, in contrast to a motor with magnets.
  • Another advantage of using a variable reluctance motor arises from the fact that this motor type can, in principle, deliver a very high torque with a small rotor moment of inertia.
  • the required assist torque of the power steering device can thus be generated with a relatively small reduction of the reduction gear, which is very important with only two gear stages with regard to the space requirement of the gear wheels.
  • a low reduction in combination with a small rotor moment of inertia of the electric motor also results in a small, reduced moment of inertia of the power steering device, which is of crucial importance with regard to the steering behavior of a vehicle equipped with such a power steering device.
  • magnetless motor has the advantage that no coupling is required between the motor and the reduction gear, which decouples the motor from the drive shaft of the reduction gear when the current is switched off. This advantage is due to the fact that a magnetless motor switched off current and short-circuited connecting lines, in contrast to a motor with magnets, cannot generate braking torque
  • a particularly advantageous solution of the invention for adjusting the play results from the eccentric arrangement of the shaft of the electric motor relative to the gear flange.
  • Figure 1 a schematic, partially sectioned view of a
  • Figure 2 is a schematic view of another embodiment of a power steering device
  • FIG. 3 shows a schematic view of a steering gear with a power steering device arranged thereon
  • FIG. 4 shows a view in the direction of arrow IV according to FIG. 3,
  • Figure 5 a view in the direction of arrow V according to Figure 3 and
  • Figure 6 a plan view of an exemplary embodiment of a gear flange.
  • Figure 1 shows a power steering device 1, which is connected to an electric motor 2 via a transmission 3.
  • the power steering device 1 comprises an input shaft 4, which is connected to a steering wheel, not shown.
  • the input shaft 4 is connected to an output shaft 5 via a torsion bar 6.
  • the spring stiffness of the torsion bar enables relative rotation from the input shaft 4 to the output shaft 5.
  • a torque sensor 7 records the torques.
  • the electrical signals are forwarded via line 8.
  • a support torque is transmitted from the shaft 1 9 via the bevel gear set, that is, the gears 1 2 and 9 to the output shaft 5.
  • the electric motor is connected to the shaft 1 1 via a spur gear set, which consists of the transmission housing 20, the motor pinion 1 0, the intermediate shaft 1 3 consisting of two firmly connected gear wheels, the output shaft 21 and the gear wheel 1 1 firmly connected to the output shaft .
  • the reduction gear is designed without an intermediate shaft.
  • Reduction gear consists in this case of the gear housing 20 with a spur gear set, that is, the additional shaft journal 22, the motor pinion 10, the output shaft 21 and the gearwheel 11 and the bevel gear set 12, 9 which are fixedly connected to the output shaft.
  • This exemplary embodiment shows one particularly easy and economical to manufacture and assemble power steering device 1.
  • FIG 3 shows the arrangement of a power steering device 1 as described on a steering gear 14.
  • the steering gear 14 is known per se and carries a tie rod 15 at both ends, via which the steering forces are transmitted to the vehicle wheels.
  • a rack is moved, which meshes with the pinion, not shown, on the output shaft 5.
  • FIGS. 4 and 5 show the power steering device 1 according to FIG. 3 from different views. It can be seen that the axis of the electric motor 2 is offset from the axis of the output shaft of the reduction gear 3 or the input shaft 3. This arrangement is achieved by the design of the reduction gear as a parallel-axis gear and increases the range of uses of the power steering device, since it is therefore a A variety of arrangement variants of the electric motor relative to the steering gear 14 is made possible.
  • Figure 6 finally shows a connecting flange 1 6 with a circular housing seat 18 in the region of the end face of the electric motor 2.
  • the housing seat 1 8 is arranged offset by the eccentricity 17 relative to the motor shaft.
  • bearing flanges with circular housing seats which are arranged eccentrically to the intermediate shafts, can be used in an analogous manner in order to individually adjust and / or readjust the play of each individual gear pair.

Abstract

In order to improve a power steering device (1) having an input shaft (4), an output shaft (5) connected to this via a torsion element (6), a torque sensor (7), an electric motor (2), and reducing gearing (3) with a gearwheel (9) positioned on the output shaft (5) and engaging with other gearwheels of the reducing gearing (3), so that the amount of play between the pinion (10) of the electric motor (2) and the gearwheel (9) connected to the output shaft (5) is adjustable, and the device can be manufactured inexpensively and is not susceptible to malfunctioning in operation, it is proposed that the reducing gearing (3) include one or more sets of bevel wheels (9, 12) and one or more sets of spur wheels (10, 13).

Description

Servolenkvorrichtunq Power steering device
Die Erfindung betrifft eine Servolenkvorrichtung mit einer Eingangswelle, einer mit dieser über ein Torsionselement verbundenen Ausgangswelle, einem Drehmomentsensor, einem Elektromotor und einem Untersetzungsgetriebe mit einem auf der Ausgangswelle angeordneten, mit anderen Zahnrädern des Untersetzungsgetriebes in Verbindung stehenden Zahnrad.The invention relates to a power steering device with an input shaft, an output shaft connected to it via a torsion element, a torque sensor, an electric motor and a reduction gear with a gearwheel arranged on the output shaft and connected to other gear wheels of the reduction gear.
Sogenannte elektrische Servolenkungvorrichtungen der gattungsgemäßen Art sind an sich bekannt. Die Eingangswelle steht mit einem Lenkrad in Verbindung, so daß die durch Drehung des Lenkrades auftretenden Drehmomente mittels des Torsionselementes auf die Ausgangswelle übertragen werden. Die Ausgangswelle steht über ein Ritzel mit einem an sich bekannten Lenkgetriebe in Verbindung. Die Drehmomente werden mittels eines Drehmomentsensors erfaßt und zur Steuerung eines Elektromotors verwendet. Der Elektromotor ist über ein Untersetzungsgetriebe mit der Ausgangswelle verbunden. Somit wird bei auftretendem Drehmoment durch den Elektromotor eine Lenkkraftunterstützung erzeugt.So-called electric power steering devices of the generic type are known per se. The input shaft is connected to a steering wheel, so that the torques that occur due to the rotation of the steering wheel are transmitted to the output shaft by means of the torsion element. The output shaft is connected via a pinion to a steering gear known per se. The torques are detected by means of a torque sensor and used to control an electric motor. The electric motor is connected to the output shaft via a reduction gear. Thus, when the torque occurs, the electric motor generates power steering.
Derartige Servolenkvorrichtungen weisen oft ein Schneckengetriebe zwischen dem Elektromotor und der Ausgangswelle auf. Daneben sind jedoch auch andere Ausführungen des Untersetzungsgetriebes bekannt, die prinzipbedingt einen höheren Getriebewirkungsgrad als ein Schneckengetriebe ermöglichen. Alternative Ausführungen sind beispielsweise beschrieben in US-PS 4865145, US-PS 5145021 , US-PS 5133423 sowie US-PS 4621701 . Bei den vorbekannten Servolenkvorrichtungen wird als Untersetzungsgetriebe zwischen dem Ritzel des Elektromotors und dem Zahnrad auf der Ausgangswelle entweder ein sogenanntes Planetengetriebe mit koaxialer Antriebs- und Abtriebswelle verwendet (z. B. US-PS 4865145) oder ein Parallelachsengetriebe mit einer oder mehreren Zwischenwellen (z. B. US-PS 4621 701 ).Such power steering devices often have a worm gear between the electric motor and the output shaft. In addition, however, other designs of the reduction gear are known which, due to the principle, enable a higher gear efficiency than a worm gear. Alternative designs are described, for example, in US Pat. No. 4,865,145, US Pat. No. 5,145,021, US Pat. No. 5,133,423, and US Pat. No. 4,621,701. In the known power steering devices, either a so-called planetary gear with coaxial input and output shaft is used as a reduction gear between the pinion of the electric motor and the gear on the output shaft (e.g. US Pat. No. 4,865,145) or a parallel-axis gear with one or more intermediate shafts (e.g. B. U.S. Patent 4,621,701).
Dies bedeutet, daß bei Verwendung eines Planetengetriebes die Achse des Elektromotors und die Achse der Ausgangswelle stets in einer Ebene liegen. Dadurch ist der Spielraum für die Positionierung des Elektromotors relativ zu dem Lenkgetriebe stark eingeschränkt. Außerdem erfordert die Herstellung eines spielarmen Untersetzungsgetriebes mit koaxialer Antriebs- und Abtriebswelle eine sehr hohe Fertigungsgenauigkeit, die mit erheblichen Mehrkosten verbunden ist. Eine wünschenswerte Einstellbarkeit des Getriebespieis ist bei Getrieben dieser Bauart nur mit unverhältnismäßig hohem konstruktivem Aufwand zu realisieren und für eine Massenfertigung untauglich. Der Einstellbarkeit des Getriebespiels während des Fertigungsprozesses kommt aber bei den genannten Servolenkvorrichtungen große Bedeutung zu, da der Elektromotor ständig reversiert und die wechselnde Richtung des Motormoments bei zu großem Getriebespiel störende Klopfgeräusche hervorruft wogegen bei zu kleinem Getriebespiel die Gefahr besteht, daß die Lenkbewegung durch hohe Reibkräfte in dem Untersetzungsgetriebe gestört wird.This means that when using a planetary gear, the axis of the electric motor and the axis of the output shaft are always in one plane. As a result, the scope for positioning the electric motor relative to the steering gear is severely limited. In addition, the manufacture of a low backlash reduction gear with a coaxial input and output shaft requires a very high level of manufacturing accuracy, which is associated with considerable additional costs. In gearboxes of this type, a desirable adjustability of the gear mechanism can only be achieved with a disproportionately high amount of design effort and is unsuitable for mass production. The adjustability of the gear play during the manufacturing process is of great importance in the aforementioned power steering devices, since the electric motor constantly reverses and the changing direction of the engine torque causes knocking noises when the gear play is too large, whereas if the gear play is too small there is a risk that the steering movement may be caused by high frictional forces is disturbed in the reduction gear.
Bei beiden Bauarten besteht darüber hinaus in der Herstellung ein Zielkonflikt bei den Fertigungstoleranzen, die das Getriebespiel bestimmen. Der Elektromotor reversiert entsprechend den Lenkbewegungen ständig und die wechselnde Richtung des Motormoments ruft bei zu großem Getriebespiel daher störende Klopfgeräusche hervor. Bei zu kleinem Getriebespiel besteht dagegen die Gefahr, daß die Lenkbewegung durch zu hohe Reibkräfte in dem Untersetzungsgetriebe gestört wird.In both types, there is also a conflict of objectives in the manufacturing tolerances that determine the gear play. The electric motor constantly reverses in accordance with the steering movements and the changing direction of the motor torque therefore produces knocking noises when the gear play is too great. If the gear play is too small, on the other hand, there is a risk that the steering movement will be disturbed by excessive frictional forces in the reduction gear.
Die Lösung dieses Zielkonflikts erfordert eine sehr hohe Fertigungsgenauigkeit, die mit erheblichen Mehrkosten verbunden ist. Einer Einstellbarkeit des Getriebespiels während des Fertigungsprozesses kommt daher bei der Massenfertigung der genannten Servolenkvorrichtung eine große Bedeutung zu.The solution to this conflict of objectives requires a very high level of manufacturing accuracy, which is associated with considerable additional costs. An adjustability of the gear play during the manufacturing process is therefore of great importance in the mass production of the aforementioned power steering device.
Ein weiterer Zielkonflikt besteht bei der Auslegung einer solchen elektrischen Servolenkung in der Auswahl der Getriebeübersetzung des Untersetzungstriebes. Eine hohe Getriebeübersetzung ermöglicht es zwar, auch bei Verwendung eines gewöhnlichen 12 Volt Gleichstrommotors eine hohe Lenkkraftunterstützung zu erzeugen, führt aber dazu, daß das Trägheitsmoment des Lenksystems sehr groß wird, weil das reduzierte Rotorträgheitsmoment des Elektromotors bekanntlich mit dem Quadrat der Getriebeübersetzung in das gesamte Trägheitsmoment des Lenksystems eingeht. Ein hohes Trägheitsmoment des Lenksystems beeinträchtigt einerseits das Lenkgefühl und kann aufgrund der höheren Neigung des Lenksystems zu Pendelschwingungen bei hoher Fahrgeschwindigkeit zu einer Instabilität des Fahrzeugs führen. Die vorbekannten elektrischen Servolenkungen sind daher nur für Fahrzeuge mit relativ kleinen Vorderachslasten und dementsprechend geringen Anforderungen an das Unterstützungsmoment geeignet.Another conflict of objectives in the design of such an electric power steering system is the selection of the gear ratio of the reduction drive. A high gear ratio makes it possible to generate a high level of steering support even when using a conventional 12 volt DC motor, but it leads to the moment of inertia of the steering system becoming very large, because the reduced rotor moment of inertia of the electric motor is known to square the gear ratio into the total moment of inertia of the steering system comes in. A high moment of inertia of the steering system affects the steering feel on the one hand and can lead to instability of the vehicle due to the higher tendency of the steering system to oscillate at high driving speeds. The known electric power steering systems are therefore only suitable for vehicles with relatively small front axle loads and correspondingly low demands on the support torque.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die A u f g a b e zugrunde, eine Servolenkvorrichtung der gattungsgemäßenStarting from this prior art, the present invention is based on the object, a power steering device of the generic type
Art dahingehend zu verbessern, daß mehr Freiheitsgrade für die Positionierung des Elektromotors relativ zu dem Lenkgetriebe zu Verfügung stehen, das Getriebespiel in dem Untersetzungsgetriebe einstellbar ist, die Vorrichtung kostengünstig herstellbar ist und im Betrieb störunanfällig ist.Kind to improve in that more degrees of freedom for the positioning of the electric motor are available relative to the steering gear, the gear play in the reduction gear is adjustable, the device is inexpensive to manufacture and is not susceptible to failure in operation.
Zur technischen L ö s u n g dieser Aufgabe wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß das Untersetzungsgetriebe wenigstens einen Kegelradsatz und wenigstens einen Stirnradsatz umfaßt.For the technical solution to this problem, the invention proposes that the reduction gear comprises at least one bevel gear set and at least one spur gear set.
Durch diese technische Ausgestaltung ist es möglich, das Getriebespiel beider Radsätze während des Fertigungsprozesses unabhängig voneinander einzustellen und damit die üblichen Fertigungstoleranzen zwischen den einzelnen Lagerstellen des Untersetzungsgetriebes auszugleichen.This technical configuration makes it possible to set the gear play of both wheel sets independently of one another during the manufacturing process and thus to compensate for the usual manufacturing tolerances between the individual bearing points of the reduction gear.
Die Einstellbarkeit des Getriebespiels ergibt sich bei dem Kegelradsatz beispielsweise dadurch, daß die axiale Position der Kegelräder auf ihren Wellen durch Distanzscheiben justiert wird.The adjustability of the gear play results in the case of the bevel gear set, for example, in that the axial position of the bevel gears on their shafts is adjusted by means of spacers.
Eine besonders vorteilhafte Lösung der Erfindung zur Einstellung des Getriebespiels bei dem Stirnradsatz ergibt sich durch eine exzentrische Anordnung der Welle des Elektromotors relativ zum Getriebeflansch.A particularly advantageous solution of the invention for adjusting the gear play in the spur gear set results from an eccentric arrangement of the shaft of the electric motor relative to the gear flange.
Durch diese technische Ausgestaltung ist es möglich, die Achse des Elektromotors in einer Ebene anzuordnen, die zu der Ebene der Ausgangswelle maximal um den Achsabstand des Parallelachsengetriebes parallelverschoben ist. Erst durch diese Maßnahme wird in vielen Fällen eine Unterbringung des gesamten Systems im Fahrzeug überhaupt möglich, ohne den Bauraum anderer im Bereich der Lenkanlage angeordneter Baugruppen des Fahrzeugs zu beanspruchen. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Lenksystem mit geringerem wirtschaftlichen Aufwand herstellbar und montierbar als die vorbekannten Systeme dieser Art.This technical configuration makes it possible to arrange the axis of the electric motor in a plane which is maximally displaced parallel to the plane of the output shaft by the center distance of the parallel-axis transmission. It is only through this measure that in many cases the entire system can be accommodated in the vehicle at all, without increasing the installation space of other components of the vehicle arranged in the area of the steering system claim. In addition, the steering system according to the invention can be produced and assembled with less economic effort than the previously known systems of this type.
Die leichte Einstellbarkeit des Getriebespiels ergibt sich bei dem Parallelachsengetriebe dadurch, daß die parallelen Achsen derart im Gehäuse gelagert werden, daß ihr radialer Abstand in gewissen Grenzen verändert werden kann.The easy adjustment of the gear play results in the parallel-axis gearbox in that the parallel axes are mounted in the housing in such a way that their radial distance can be changed within certain limits.
Gemäß einem besonders vorteilhaften Vorschlag der Erfindung wird ein Elektromotor ohne Permanentmagnete, ein elektronisch kommutierter sogenannter "Variable Reluctance Motor" oder auch "Switched Reluctance Motor" verwendet, dessen Ausgangsmoment allein durch elektromagnetische Felder hervorgerufen wird. Durch den Einsatz eines solchen magnetlosen Motors ergibt sich der Vorteil, daß zwischen Motor und Untersetzungsgetriebe keine Kupplung benötigt wird, die den Motor bei abgeschaltetem Strom von der Antriebswelle des Untersetzungsgetriebes abkoppelt. Dieser Vorteil ist darin begründet, daß ein magnetloser Motor bei abgeschaltetem Strom und kurzgeschlossenen Anschlußleitungen im Gegensatz zu einem Motor mit Magneten kein Bremsmoment erzeugen kann.According to a particularly advantageous proposal of the invention, an electric motor without permanent magnets, an electronically commutated so-called "variable reluctance motor" or "switched reluctance motor" is used, the output torque of which is caused solely by electromagnetic fields. The use of such a magnetless motor has the advantage that no coupling is required between the motor and the reduction gear, which decouples the motor from the drive shaft of the reduction gear when the current is switched off. This advantage is due to the fact that a magnetless motor cannot generate braking torque when the current is switched off and short-circuited connecting lines, in contrast to a motor with magnets.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei Verwendung eines Variable Reluctance Motors aus der Tatsache, daß diese Motorbauart prinzipbedingt bei kleinem Rotorträgheitsmoment ein sehr hohes Drehmoment abgeben kann. Damit kann das erforderliche Unterstützungsmoment der Servolenkvorrichtung mit einer relativ kleinen Untersetzung des Untersetzungsgetriebes erzeugt werden, was bei nur zwei Getriebestufen sehr wichtig ist im Hinblick auf den Raumbedarf der Getrieberäder. Aus einer niedrigen Untersetzung in Kombination mit einem kleinen Rotorträgheitsmoment des Elektromotors resultiert ferner ein geringes reduziertes Trägheitsmoment der Servolenkvorrichtung, das im Hinblick auf das Lenkverhalten eines mit einer solchen Servolenkvorrichtung ausgerüsteten Fahrzeugs von entscheidender Bedeutung ist. Durch den Einsatz eines magnetlosen Motors ergibt sich der Vorteil, daß zwischen Motor und Untersetzungsgetriebe keine Kupplung benötigt wird, die den Motor bei abgeschaltetem Strom von der Antriebswelle des Untersetzungsgetriebes abkoppelt. Dieser Vorteil ist darin begründet, daß ein magnetloser Motor bei abgeschaltetem Strom und kurzgeschlossenen Anschlußleitungen im Gegensatz zu einem Motor mit Magneten kein Bremsmoment erzeugen kannAnother advantage of using a variable reluctance motor arises from the fact that this motor type can, in principle, deliver a very high torque with a small rotor moment of inertia. The required assist torque of the power steering device can thus be generated with a relatively small reduction of the reduction gear, which is very important with only two gear stages with regard to the space requirement of the gear wheels. A low reduction in combination with a small rotor moment of inertia of the electric motor also results in a small, reduced moment of inertia of the power steering device, which is of crucial importance with regard to the steering behavior of a vehicle equipped with such a power steering device. The use of a magnetless motor has the advantage that no coupling is required between the motor and the reduction gear, which decouples the motor from the drive shaft of the reduction gear when the current is switched off. This advantage is due to the fact that a magnetless motor switched off current and short-circuited connecting lines, in contrast to a motor with magnets, cannot generate braking torque
Eine besonders vorteilhafte Losung der Erfindung zur Einstellung des Spieles ergibt sich aus der exzentrischen Anordnung der Welle des Elektromotors relativ zum Getriebeflansch.A particularly advantageous solution of the invention for adjusting the play results from the eccentric arrangement of the shaft of the electric motor relative to the gear flange.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen-Further advantages and features of the invention result from the following description with reference to the figures. Show-
Figur 1 : einen schematische, teilgeschnittene Ansicht einesFigure 1: a schematic, partially sectioned view of a
Ausfuhrungsbeispiels für eine Servolenkvorrichtung;Exemplary embodiment for a power steering device;
Figur 2' eine schematische Ansicht eines weiteren Ausfuhrungsbeispiels für eine Servolenkvorrichtung;Figure 2 'is a schematic view of another embodiment of a power steering device;
Figur 3. eine schematische Ansicht eines Lenkgetriebes mit einer daran angeordneten Servolenkvorrichtung;FIG. 3 shows a schematic view of a steering gear with a power steering device arranged thereon;
Figur 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeils IV gemäß Figur 3,FIG. 4 shows a view in the direction of arrow IV according to FIG. 3,
Figur 5: eine Ansicht in Richtung des Pfeils V gemäß Figur 3 undFigure 5: a view in the direction of arrow V according to Figure 3 and
Figur 6: eine Draufsicht auf ein Ausfuhrungsbeispiel für einen Getriebeflansch.Figure 6: a plan view of an exemplary embodiment of a gear flange.
Figur 1 zeigt eine Servolenkvorrichtung 1 , welche mit einem Elektromotor 2 über ein Getriebe 3 verbunden ist.Figure 1 shows a power steering device 1, which is connected to an electric motor 2 via a transmission 3.
Die Servolenkvorrichtung 1 umfaßt eine Eingangswelle 4, die mit einem nicht gezeigten Lenkrad in Verbindung steht. Über einen Torsionsstab 6 steht die Eingangswelle 4 mit einer Ausgangswelle 5 in Verbindung. Die Federsteifigkeit des Torsionsstabes ermöglicht eine relative Verdrehung von der Eingangswelle 4 zur Ausgangswelle 5. Ein Drehmomentsensor 7 nimmt die Drehmomente auf. Die elektrischen Signale werden über die Leitung 8 weitergeleitet. Ein Unterstützungsmoment wird von der Welle 1 9 über den Kegelradsatz, das heißt, die Zahnräder 1 2 und 9 auf die Ausgangswelle 5 übertragen. Der Elektromotor ist mit der Welle 1 1 über einen Stirnradsatz verbunden, der aus dem Getriebegehäuse 20, dem Motorritzel 1 0, der aus zwei fest miteinander verbundenen Zahnrädern bestehenden Zwischenwelle 1 3, der Abtriebswelle 21 und dem fest mit der Abtriebswelle verbundenen Zahnrad 1 1 besteht.The power steering device 1 comprises an input shaft 4, which is connected to a steering wheel, not shown. The input shaft 4 is connected to an output shaft 5 via a torsion bar 6. The spring stiffness of the torsion bar enables relative rotation from the input shaft 4 to the output shaft 5. A torque sensor 7 records the torques. The electrical signals are forwarded via line 8. A support torque is transmitted from the shaft 1 9 via the bevel gear set, that is, the gears 1 2 and 9 to the output shaft 5. The electric motor is connected to the shaft 1 1 via a spur gear set, which consists of the transmission housing 20, the motor pinion 1 0, the intermediate shaft 1 3 consisting of two firmly connected gear wheels, the output shaft 21 and the gear wheel 1 1 firmly connected to the output shaft .
Wird über die Eingangswelle 4 ein Drehmoment erzeugt, wird dieses vom Drehmomentsensor 7 erfaßt. Der Elektromotor 2 wird mit Strom beaufschlagt und treibt das Ritzel 1 0 an. Über das Zwischengetriebe wird das Antriebszahnrad 1 2 gedreht. Über den kämmenden Eingriff mit dem Zahnrad 9 wird somit auf die Ausgangswelle 5 ein unterstützendes Drehmoment übertragen. Die Ausgangswelle 5 steht über ein nicht gezeigtes Ritzel ihrerseits im Eingriff mit der Zahnstange eines nicht gezeigten Lenkgetriebes.If a torque is generated via the input shaft 4, this is detected by the torque sensor 7. The electric motor 2 is supplied with current and drives the pinion 1 0. The drive gear 1 2 is rotated via the intermediate gear. A supporting torque is thus transmitted to the output shaft 5 via the meshing engagement with the gear 9. The output shaft 5 is in turn in engagement with the rack of a steering gear, not shown, via a pinion (not shown).
Bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Untersetzungsgetriebe ohne Zwischenwelle ausgeführt. DasIn the embodiment shown in Figure 2, the reduction gear is designed without an intermediate shaft. The
Untersetzungsgetriebe besteht in diesem Fall aus dem Getriebegehäuse 20 mit einem Stirnradsatz, das heißt, dem zusätzlichen Wellenzapfen 22, dem Motorritzel 10, der Abtriebs welle 21 und dem fest mit der Abtriebswelle verbundenen Zahnrad 1 1 und dem Kegelradsatz 12, 9. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt eine besonders einfach und wirtschaftlich herzustellende und montierbare Servolenkvorrichtung 1 .Reduction gear consists in this case of the gear housing 20 with a spur gear set, that is, the additional shaft journal 22, the motor pinion 10, the output shaft 21 and the gearwheel 11 and the bevel gear set 12, 9 which are fixedly connected to the output shaft. This exemplary embodiment shows one particularly easy and economical to manufacture and assemble power steering device 1.
Figur 3 zeigt die Anordnung einer wie beschriebenen Servolenkvorrichtung 1 an einem Lenkgetriebe 14. Das Lenkgetriebe 14 ist an sich bekannt und trägt an beiden Enden eine Spurstange 1 5, über welche die Lenkkräfte an die Fahrzeugräder übertragen werden. In dem Gehäuse des Lenkgetriebes 14 wird eine Zahnstange bewegt, die mit dem nicht gezeigten Ritzel auf der Ausgangswelle 5 in Eingriff steht.Figure 3 shows the arrangement of a power steering device 1 as described on a steering gear 14. The steering gear 14 is known per se and carries a tie rod 15 at both ends, via which the steering forces are transmitted to the vehicle wheels. In the housing of the steering gear 14, a rack is moved, which meshes with the pinion, not shown, on the output shaft 5.
Die Figuren 4 und 5 zeigen die Servolenkvorrichtung 1 gemäß Figur 3 aus verschiedenen Ansichten. Es zeigt sich, daß die Achse des Elektromotors 2 einen Versatz zu der Achse der Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes 3 bzw. der Eingangswelle 3 aufweist. Diese Anordnung wird durch die Ausführung des Untersetzungsgetriebes als Parallelachsengetriebe erreicht und vergrößert das Einsatzspektrum der Servolenkvorrichtung, da somit eine Vielzahl von Anordnungsvarianten des Elektromotors relativ zu dem Lenkgetriebe 14 ermöglicht wird.FIGS. 4 and 5 show the power steering device 1 according to FIG. 3 from different views. It can be seen that the axis of the electric motor 2 is offset from the axis of the output shaft of the reduction gear 3 or the input shaft 3. This arrangement is achieved by the design of the reduction gear as a parallel-axis gear and increases the range of uses of the power steering device, since it is therefore a A variety of arrangement variants of the electric motor relative to the steering gear 14 is made possible.
Figur 6 zeigt schließlich einen Anschlußflansch 1 6 mit einem kreisförmigen Gehäusesitz 18 im Bereich der Stirnfläche des Elektromotors 2. Der Gehäusesitz 1 8 ist relativ zu der Motorwelle um die Exzentrizität 1 7 versetzt angeordnet. Durch Drehen des Anschlußflansches kann somit der Abstand des Ritzels 10 zu dem Zahnrad 1 1 verstellt werden. Somit kann mit einfachen Mitteln das Spiel des Parallelachsengetriebes eingestellt und/oder nachgestellt werden.Figure 6 finally shows a connecting flange 1 6 with a circular housing seat 18 in the region of the end face of the electric motor 2. The housing seat 1 8 is arranged offset by the eccentricity 17 relative to the motor shaft. By rotating the connecting flange, the distance of the pinion 10 to the gear 11 can thus be adjusted. Thus, the play of the parallel axis gear can be adjusted and / or adjusted with simple means.
Falls ein Untersetzungsgetriebe mit einer oder mehreren Zwischenwellen verwendet wird, können in analoger Weise Lagerflansche mit kreisförmigen Gehäusesitzen, die zu den Zwischenwellen exzentrisch angeordnet sind, verwendet werden, um das Spiel jeder einzelnen Zahnradpaarung einzeln einzustellen und/oder nachzustellen.If a reduction gear with one or more intermediate shafts is used, bearing flanges with circular housing seats, which are arranged eccentrically to the intermediate shafts, can be used in an analogous manner in order to individually adjust and / or readjust the play of each individual gear pair.
Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele dienen nur der Erläuterung und sind in keiner Weise beschränkend. Insbesondere liegen Äquivalente zu den einzelnen Merkmalen im Rahmen der Erfindung. The exemplary embodiments shown and described serve only for explanation and are in no way restrictive. In particular, equivalents to the individual features are within the scope of the invention.
BezuqszeichenlisteReference list
1 Servolenkgetriebe1 power steering gear
2 Elektromotor2 electric motor
3 Getriebe3 gears
4 Eingangswelle4 input shaft
5 Ausgangswelle5 output shaft
6 Torsionsstab6 torsion bar
7 Drehmomentsensor7 torque sensor
8 Leitung8 line
9 Zahnrad9 gear
10 Ritzel10 sprockets
1 1 Reduziergetriebe1 1 reduction gear
1 2 Antriebszahnrad1 2 drive gear
1 3 Zwischengetriebezahnrad1 3 intermediate gear
14 Lenkgetriebe14 steering gear
1 5 Lenkwelle1 5 steering shaft
1 6 Getriebeflansch1 6 gearbox flange
17 Antriebswelle17 drive shaft
1 8 Exzentrizität1 8 eccentricity
1 9 Welle1 9 wave
20 Getriebgehäuse20 gear housing
21 Abtriebswelle21 output shaft
22 Wellenzapfen 22 shaft journals

Claims

Patentansprüche: Claims:
1 . Servolenkvorrichtung mit einer Eingangswelle, einer mit dieser über ein Torsionselement verbundenen Ausgangswelle, einem Drehmomentsensor, einem Elektromotor und einem Untersetzungsgetriebe mit einem auf der Ausgangswelle angeordneten, mit anderen Zahnrädern des Untersetzungsgetriebes in Verbindung stehenden Zahnrad, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Untersetzungsgetriebe wenigstens einen Kegelradsatz und wenigstens einen Stirnradsatz umfaßt.1 . Power steering device with an input shaft, an output shaft connected to it via a torsion element, a torque sensor, an electric motor and a reduction gear with a gear arranged on the output shaft and connected to other gears of the reduction gear, characterized in that the reduction gear has at least one bevel gear set and at least one Includes spur gear set.
2. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor über einen Anschlußflansch mit kreisförmigem Gehäusesitz, der exzentrisch zur Welle des Elektromotors angeordnet ist, mit dem Reduziergetriebe verbunden ist.2. Power steering device according to claim 1, characterized in that the electric motor is connected to the reduction gear via a connecting flange with a circular housing seat which is arranged eccentrically to the shaft of the electric motor.
3. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Untersetzungsgetriebe ein Parallelachsengetriebe mit einer oder mehreren Zwischenwellen aufweist.3. Power steering device according to claim 1, characterized in that the reduction gear has a parallel axis gear with one or more intermediate shafts.
4. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwellen des Reduziergetriebes in Lagerflanschen mit kreisförmigen Gehäusesitzen gelagert sind, die exzentrisch zu der Zwischenwelle angeordnet sind.4. Power steering device according to claim 1, characterized in that the intermediate shafts of the reduction gear are mounted in bearing flanges with circular housing seats which are arranged eccentrically to the intermediate shaft.
5. Servolenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor ein magnetloser Motor ist. 5. Power steering device according to one of the preceding claims, characterized in that the electric motor is a magnetless motor.
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