Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehzahlüberlagerungs¬ einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und An- spruchs 2, sowie nach einem Verfahren nach Anspruch 11.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung mit einem Hilfsantrieb zur Drehzahlüberlagerung für ein Fahrzeuglenk¬ system bei der entsprechend dem ermittelten Betriebszustand des Fahrzeuges und den vom Fahrer gewünschten Lenkeingrif¬ fen eine Überlagerung der Steuereingriffe am Steuerrad durch den Fahrer und der Drehwinkel des Hilfsantriebes auf die Lenkbewegung der Räder erfolgt. Durch die variable, einstellbare bzw. regelbare Drehzahlüberlagerung beim Lenk- Vorgang kann somit das Steuerverhalten des Fahrzeuges opti¬ mal den verschiedenen Fahrzuständen angepasst werden. Die Funktion einer Drehzahlüberlagerung beim Lenkvorgang ist somit gegenüber einer Krafteinkopplung, bzw. Drehmomentein¬ kopplung, wie sie bei einer Servolenkung zur Erleichterung des Steuervorgangs dient, entkoppelt, also ein separater unabhängiger Vorgang, welcher eine andere Funktion erfüllt.

Im Stand der Technik sind bereits verschiedene derartige Einrichtungen bekannt geworden. Neben der Anwendung von Planetengetrieben zur Überlagerung der Drehwinkel bzw. der Drehzahl werden auch Spannungswellengetriebe, die auch un¬ ter dem Begriff Harmonic-Drive-Getriebe oder Pulsatorenge- triebe bekannt sind, verwendet.

In der EP 1 338 493 Al und der JP 2 003 306 155 A werden eine Einrichtung zur Drehzahlüeberlagerung für ein Lenksy¬ stem vorgestellt, bei _. denen mit einem Spannungswellenge-

triebe die Drehzahlüeberlagerung erfolgt. Dabei ist die Einrichtung mit der vom Steuerrad angetriebenen Lenkwelle integral und drehbar ausgebildet und enthält einen An¬ triebsmotor, dessen Antriebsdrehzahl zwecks Erreichung der gewünschten Drehzahlüeberlagerung einstellbar ist. Bei der vorgestellten Lösung ist das Gehäuse mit der Lenkwelle ver¬ bunden und dreht somit mit. Die im Gehäuse angeordnete Mo¬ toreinheit mit Harmonic-Drive-Getriebe ist somit ebenfalls mit der Lenkwelle drehend angeordnet. Eine ähnliche Anord- nung ist ausserdem in der DE 19 823 031 Al, korrespondie¬ rend mit der US 6,164,150, vorgestellt worden, wobei hier die Drehzahlüberlagerungseinrichtung mit der Problematik der Verriegelung, insbesondere im Falle des Vorwärts- und Rückwärts-Drehen am Steuerrad, beleuchtet wird.

Die im Stand der Technik vorgestellten Lösungen besitzen jedoch verschiedene Nachteile. Zunächst muss die Einleitung der elektrischen Energie zum Betreiben des Antriebsmotores in eine sich im Bezug zur Karosserie drehbar gelagerte Ein- richtung erfolgen. Hierfür ist ein erheblicher Aufwand er¬ forderlich.

Weiter muss eine Verriegelungseinrichtung angesteuert wer¬ den, die im Fehlerfall, beispielsweise im Falle eines Aus¬ falls der Stromversorgung, die Antriebswelle mit der Ab- triebswelle der Einrichtung verbindet, um die Steuerung des Fahrzeuges sicher zu gewährleisten. Weiter besitzt die im Stand der Technik gezeigte Lösung den Nachteil, dass der Fahrer beim Betätigen des Steuerrades stets die gesamte Einrichtung mit dem Gehäuse zur Drehzahlüeberlagerung mit in Bewegung setzen muss. Durch die, verglichen mit Lenksy¬ stemen ohne Drehzahlüeberlagerung, grosseren bewegten Mas¬ sen wird die Handhabung erschwert und träger. Die Feinfüh-

ligkeit der Steuerung des Kraftfahrzeuges wird dadurch be¬ einträchtigt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass ei¬ ne grosse Anzahl Bauelemente notwendig ist zur Realisierung einer solcher Drehzahlüeberlagerung, womit höhere Genauig- keitsanforderungen an die Einzelteile, höhere Herstellko¬ sten auftreten und die Betriebssicherheit der Anordnung verringert wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, die Nachteile des vorerwähnten Standes der Technik zu beseiti¬ gen. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, eine Einrich¬ tung zur variablen Drehzahlüeberlagerung für ein Lenksystem bereitzustellen, bei dem die Einkopplung der Energie zum Betreiben des Antriebsmotors vereinfacht wird und somit die Wirtschaftlichkeit und Betriebssicherheit erhöht wird und dabei gleichzeitig ein verfeinertes Steuerverhalten ermög¬ licht wird durch Reduzierung der bewegten Massen und des Trägheitsverhalten des Systems.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Anordnung nach den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2 gelöst, sowie nach dem Verfahren nach Anspruch 11. Die abhängigen Ansprüche defi¬ nieren weitere vorteilhafte Ausführungsformen.

Die erfindungsgemässe Drehzahlüberlagerungseinrichtung für ein Fahrzeuglenksystem umfasst eine Antriebswelle mit einer Abtriebswelle, die zur Antriebswelle in deren Achsrichtung ausgerichtet ist und eine Trägeranordnung, welche die An¬ triebswelle und die Abtriebswelle mindestens teilweise ge- lagert, drehbar positioniert. Weiter ist ein Hilfsantrieb vorgesehen mit einem Rotor, der drehfest mit einem Wave- Generator, wie im einfachsten Fall eine ovale Scheibe, ver-

bunden ist, auf dessen Umfang direkt oder indirekt ein au- ssenverzahnter flexibler Ring gelagert ist, wobei dessen Aussenverzahnung in ein Innenzahnrad zumindest in zwei ge¬ genüberliegenden Umfangspunkten eingreift. Hierbei ist die Trägeranordnung karosseriefest angeordnet. Die Abtriebswel¬ le ist mit dem Innenzahnrad drehfest verbunden und die An¬ triebswelle ist mit dem aussenverzahnten flexiblen Ring drehfest verbunden. Die Antriebswelle und die Abtriebswelle sind voneinander unabhängig frei drehbar gelagert.

Der Wave-Generator bildet zusammen mit dem aussenverzahnten flexiblen Ring ein sogenanntes Harmonic-Drive-Getriebe, wie es beispielsweise die Firma HARMONIC DRIVE AG, Hoehnberg- strasse 14, D-65555 Limburg a.d. Lahn in Deutschland her- stellt. Bezüglich der hier verwendeten Definitionen und Ausbildungen sei speziell auf die Katalogseiten mit deren Funktionsbeschreibungen der vorerwähnten Firma verwiesen.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die vorerwähnte er- finderische Ausbildung auch gegenüber dem Harmonic-Drive- Getriebe invers anzuordnen. Dies bedeutet, dass die An¬ triebswelle dann mit dem Innenzahnrad drehfest verbunden ist und die Abtriebswelle mit dem aussenverzahnten flexi¬ blen Ring drehfest verbunden ist.

Für die erfinderische Drehzahlüberlagerungseinrichtung wer¬ den Vorteilhaft Drehzahlen im Bereich von 0 bis 1200 Win¬ kelgrad pro Sekunde auf die Drehzahl der Antriebswelle überlagert und an die Abtriebswelle ausgegeben. In Einzel- fällen ist sogar die Überlagerung einer negativen Drehzahl möglich, wenn der Fahrer das Fahrzeug unsachgemäss schnell steuert. Hier sind Einkopplungen von Drehzahlen von bis zu

1000 Winkelgrad pro Sekunde geeignete, bevorzugte Werte. Es sind jedoch auch grossere Werte möglich. Das Harmonie Drive Getriebe sollte hierbei mit Vorteil ein festes Unterset¬ zungsverhältnis im Bereich von 15 bis 75 aufweisen. Hierbei wird eine Drehzahlbereich des Antriebsrotors im Bereich von 0 bis 6000 Umdrehungen pro Minute (Upm) resultieren welcher durch den gesteuerten Motorantrieb entsprechend varierbar vorgegeben wird zur gewünschten Drehzahlüberlagerung der Antriebswelle beim Steuervorgang.

Eine derartige Anordnung besitzt verschiedene Vorteile. Die Anordnung und die Zuordnung der Elemente des Getriebes zu¬ einander bedingt, dass das Überlagerungsgetriebe, obgleich es zwei Antriebsdrehzahlen auf eine Abtriebsdrehzahl über- lagert, nur zwei ineinander greifende korrespondierende Verzahnungen aufweist. Die Anordnung der Getriebeelemente ermöglicht ein sehr hohes Übersetzungsverhältnis zwischen der Drehzahl des Rotors des Hilfsantriebes und der Ab¬ triebswelle. Übersetzungen im Bereich von 50:1 sind hier durchaus übliche Werte. Durch dieses hohe Übersetzungsver¬ hältnis kann das Überlagerungsgetriebe im Falle des Aus¬ falls der Stromversorgung des Hilfsantriebes, der vorzugs¬ weise ein Elektromotor ist, bereits ohne Verriegelung ein gewisses Drehmoment übertragen. Die Bremswirkung des nicht angetriebenen Elektromotors wird mit dem entsprechenden Übersetzungsverhältnis im Beispiel 50-fach erhöht. Bei üb¬ lichen Bremsmomenten von 0,1 Nm können so bereits Momente von 5 Nm vom Steuerrad auf die Antriebswelle übertragen werden. Für den Fall, dass die Lenkunterstützung in Funkti- on ist, sind nur selten höhere Momente zu übertragen. Ins¬ besondere während schneller Fahrt bei der das Risiko un¬ gleich höher ist, sind die durch die Überlagerungseinrich-

tung zu steuernden Momente relativ niedrig. Durch eine ge¬ ringe Erhöhung der Reibung kann dieser Wert noch entspre¬ chend erhöht werden.

In der Praxis wird dennoch mit Vorteil eine Verriegelungs¬ einrichtung vorgesehen werden. Die Verriegelungseinrichtung kann erfindungsgemäss sehr einfach gestaltet werden. Es ge¬ nügt eine einfache Verriegelung zwischen dem Rotor des Hilfsantriebes und dem Gehäuse anzuordnen. Damit braucht die Verriegelung vorteilhafterweise nicht in die Verzahnun¬ gen einzugreifen.

Dabei ist im Verhältnis nur ein geringes Verriegelungsmo¬ ment im Vergleich zu dem vom Steuerrad auf die Antriebswel¬ le zu übertragenden Moment erforderlich. Dadurch wird es sogar möglich, die Verriegelung durch einen Reibschluss zu realisieren. Aus Sicherheitsgründen wird jedoch dem Form- schluss der Vorzug gegeben. Allerdings sind die Festig¬ keitsanforderungen an die Verriegelungsmechanik aufgrund des geringen erforderlichen Verriegelungsmomentes gering. Aufgrund der hohen Drehzahlübersetzung zwischen Rotor und Abtriebswelle kann im Notfall eine unkontrollierte Verdre¬ hung des Rotors für einen grossen Winkelbereich, beispiels¬ weise bis 50°, zugelassen werden, bis die Verriegelung ein¬ rastet. Der Lenkwinkel würde dann beispielsweise nur um et- wa 1° verfälscht werden. Das hat zur Folge, dass die Ver¬ riegelung mittels Formschluss durch Eingreifen eines Stif¬ tes in eine Bohrung einfach und sicher gestaltet werden kann. Durch den grundsätzlich ungefährlichen grossen Ver¬ stellwinkel des Rotors gegenüber dem Gehäuse können relativ wenige und grosse Vertiefungen am Umfang des Rotors vorge¬ sehen sein, was zu konstruktiv einfachen Gestaltungsmög¬ lichkeiten führt.

Es ist vorteilhaft, die Trägeranordnung als mindestens teilweise geschlossenes Gehäuse auszubilden. Die karosse¬ riefeste Anordnung der Trägeranordnung bzw. des Gehäuses gestattet eine sehr einfache und ausfallsichere elektrische Anbindung des Systems an die Fahrzeugelektronik. Auch kann eine eventuell erforderliche Verriegelungseinrichtung ein¬ fach angeordnet und angesteuert werden. So ist beispiels¬ weise eine hydraulische oder elektrohydraulische Ansteue¬ rung alternativ zur bevorzugten elektrischen Ansteuerung möglich. Bei der vorliegenden erfindungsgemässen Anordnung bewirkt der Hilfsantrieb lediglich im wesentlichen die er¬ wünschte varierbare Drehwinkel- bzw. Drehzahlüeberlagerung zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle einer Len¬ kanordnung. Eine zusätzliche Einkopplung einer Lenkkraft, wie dies bei einer Servolenkanordnung realisiert wird, fin¬ det bei der vorliegenden erfinderischen Anordnung nicht statt.

Es ist allerdings vorteilhaft, eine Lenkkraftverstärkung mit der erfinderischen Drehzahlüberlagerungseinrichtung zu kombinieren. Für diesen Fall wird vorteilhafterweise ab- triebswellenseitig zusätzlich eine Lenkkrafthilfeanordnung vorgesehen.

Bei der erfindungsgemässen Drehzahlüberlagerungseinrichtung wird somit die gesamte Steuerkraft bzw. das gesamte Moment an der Antriebswelle bzw. am Steuerrad gegen gehalten bzw. abgestützt. Allenfalls wird dieses wie vorerwähnt durch ei¬ ne zusätzliche Lenkkrafthilfeanordnung verringert. Die er¬ finderische Anordnung besitzt aber den wesentlichen Vor- teil, dass, obwohl keine zusätzliche Lenkkraft durch den Hilfsantrieb in das System eingekoppelt wird , die Rei¬ bungsverluste in der Vorrichtung selbst, insbesondere die

im Harmonie - Drive - Getriebe , vom Hilfsantrieb ausgegli¬ chen werden, so dass der Fahrer ausschliesslich , oder zu¬ mindest fast ausschliesslich, das Moment für Lenkwirkung und nicht, oder zumindest nur in sehr geringem Ausmass - weniger als 10% der Verluste -, für die Getriebeverluste in der Drehzahlüberlagerungsvorrichtung aufwenden muss.

Die vorliegende Erfindung ist konstruktiv besonders einfach und mit wenig Teilen aufgebaut und ermöglicht somit eine betriebssichere und wirtschaftliche Anordnung zu realisie¬ ren. Ausserdem wird ein besonders feinfühliges Lenkverhal¬ ten ermöglicht, ohne dass der Fahrer direkt den Einsatz der Drehzahlüberlagerungseinrichtung verspürt, wie beispiels- weisedurch ruckartige oder rippelartige Gegenkräfte am Lenkrad.

Die Erfindung wird nun nachfolgend beispielsweise und mit schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Obersichtsdarstellung eines Fahr¬ zeuglenksystems mit eingebundener Drehzahlüberla¬ gerungseinrichtung

Fig. 2 schematisch und im Schnitt eine erfindungsgemässe Drehzahlüberlagerungseinrichtung

Fig. 3 schematisch und im Querschnitt eine Drehzahlüber¬ lagerungseinrichtung gemäss Fig. 2

Fig. 4 schematisch und im Schnitt eine weitere erfin¬ dungsgemässe Ausbildungsform einer Drehzahlüberla¬ gerungseinrichtung

Fig. 5 schematisch und im Schnitt eine vergrösserte Dar¬ stellung der erfindungsgemässen Drehzahlüberlage¬ rungseinrichtung im Bereich des Harmonic-Drive- Getriebes.

Fig. 6 eine Ausführungsform der Drehzahlüberlagerungsein¬ richtung mit einstellbarere Sicherheitskupplung in perspektivischer Darstellung.

Fig. 7 eine Drehzahlüberlagerungseinrichtung nach den Fi¬ guren 2 bis 5 kombiniert mit einer einstellbaren Sicherheitskupplung im Längsschnitt.

Fig. 8 schematisch einen anderen Aufbau der Sicherheits¬ kupplung.

Fig. 9 und Fig. 10 zeigen zwei Ausführungsformen für die

Kontaktscheibe.

Fig. 11 eine Detailansicht durch die Verriegelungseinrich¬ tung entsprechend dem Ausschnitt Z aus der Figur 7.

In Fig. 1 ist ein schematischer Aufbau einer Lenkvorrich¬ tung 129 mit Hilfskraftunterstützung dargestellt, welcher im wesentlichen dem Stand der Technik entspricht. Sie be¬ steht unter anderem aus einem Steuerrad 120, einer Lenksäu¬ le 121, dem Lenkgetriebe 122 und den beiden Spurstangen 124. Die Spurstangen 124 werden durch die Zahnstange 123 angetrieben. Zur Hilfskraftunterstützung dient die aus hier nicht näher zu bezeichnenden Komponenten gebildete Lenk-

kraftunterstützung 127. Die Erfindung bezieht sich auf die Überlagerungseinrichtung 100 zur Drehzahlüberlagerung in der Anordnung in einer Lenkvorrichtung für ein Kraftfahr¬ zeug. Dabei wird der Fahrerwunsch durch das Steuerrad 120 über eine nicht gezeigte Sensorik als Signal 281 in ein Steuergerät 128 eingespeist. Im Steuergerät werden daraus und aus weiteren hier nicht näher bezeichneten Daten die entsprechende Steuerspannung 283 für den Elektromotor der Lenkkraftunterstützung 127 und die Steuerspannung 282 des Antriebs für die Drehzahlüberlagerungseinrichtung 100 be¬ stimmt und an die Lenkkraftunterstützung 127 bzw. Drehzahl¬ überlagerungseinrichtung 100 ausgegeben. Dabei ist eine feinfühlige und schnelle Regelung erforderlich, welches ei¬ ne steife und wenig Trägheit und Eigenschwingung verursa- chendes Lenksystem ermöglicht. Es ist dabei möglich, die Drehzahlüberlagerungsvorrichtung 100 an verschiedenen Stel¬ len im Lenksystem anzuordnen. In der Figur 1 ist als Bei¬ spiel eine mögliche alternative Anordnung der Drehzahlüber¬ lagerungsvorrichtung 100 ^λ mit der alternativen zugehörigen Steuerspannung 282 ^Λ angedeutet. Es sind natürlich auch an¬ dere Stellen im Lenksystem möglich.

In Fig. 2 ist eine erfindungsgemässe Drehzahlüberlagerungs¬ einrichtung Längsschnitt dargestellt. Eine Antriebswelle 1 und Abtriebswelle 4 sind in Achsrichtung gegeneinander aus¬ gerichtet und drehbar unabhängig voneinander drehbeweglich gelagert. Die Antriebswelle 1 ist in einem Lenksystem mit einem Lenkrad 120 wirkverbunden. Die Trägeranordnung 8 nimmt die Lager 20, 20' und 20' ' auf für die drehbare Lage- rung der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 4. Diese Wellen 1, 4 können vollständig an der Trägeranordnung gela¬ gert werden oder aber auch zusätzlich ausserhalb der Trä-

geranordnung 8. Die Trägeranordnung 8 ist chassis-fest am Fahrzeug angeordnet und dreht mit keiner der beiden Wellen 1,4 mit. Die Trägeranordnung 8 ist vorteilhafterweise als ein im wesentlichen geschlossenes Gehäuse 8 ausgebildet. Koaxial um die Antriebswelle 1 ist, gegenüber dem Gehäuse 8, ein Rotor 6 drehbar mit einem Lager 21 gelagert angeord¬ net, welcher durch den stationär angeordneten umfassenden Stator 7 getrieben wird und zusammen einen Elektromotor bildet. Bevorzugterweise ist dieser Motor als elektronisch kommutierter Motor ausgebildet. Dieser Hilfsantrieb 6, 7 kann aber auch anderer Art sein, wie beispielsweise ein hy¬ draulischer Motor. Am Rotor 6 ist ein Wave-Generator 5 an¬ geordnet, der beispielsweise aus einer ovalen Scheibe be¬ steht, auf dessen Umfang direkt oder indirekt ein aussen- verzahnter flexibler Ring 2 gelagert ist und der ein erstes Getriebeelement bildet. Diese Aussenverzahnung greift zum mindesten an zwei gegenüberliegenden ümfangspunkten in ein Innenzahnrad 3 ein. Dieses Innenzahnrad 3 ist mit der Ab¬ triebswelle 4 drehfest verbunden, wobei die Antriebswelle 1 mit dem aussenverzahnten flexiblen Ring 2 drehfest verbun¬ den ist. In Fig. 5 ist diese Getriebeanordnung in vergrö- sserter Darstellung verdeutlicht dargestellt. Die vorlie¬ gende Ausbildung der Drehzahlüberlagerungseinrichtung be¬ wirkt, dass wenn der Hilfsantrieb 6, 7 nicht betrieben wird, keine Drehzahlüberlagerung auf die Abtriebswelle 4 statt findet und die Antriebswelle 1 mit der Abtriebswelle 4 über die Getriebeanordnung 1:1 gekoppelt ist. In diesem Fall überträgt sich somit die Drehbewegung des Lenkrades 120 bzw. der Antriebswelle 1 direkt, ohne Drehzahlverände- rung auf die Abtriebswelle 4 und somit auf das Lenkgetriebe 122. Wird der Hilfsantrieb 6, 7 in Bewegung gesetzt, ent¬ sprechend den Signalen der Ansteuerungselektronik des Steu-

ergerätes 128, wird der Rotor 6 in Bewegung versetzt und dessen Drehzahl, entsprechend untersetzt, über das eingangs beschriebene Harmonic-Drive-Getriebe auf die Abtriebswelle 4 überlagert. Das Drehzahlverhalten der Lenkeinrichtung kann somit über die vorliegende Drehzahlüberlagerungsein¬ richtung wunschgemäss der Fahrsituation und den Fahrbedürf¬ nissen mit Hilfe der Steuerungsvorrichtung 128 eingestellt und nachgeführt werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der flexible Ring 2 topfförmig ausgebildet und direkt mit seiner Bodenfläche 11 mit der Antriebswelle 1 bzw. in einer alternativen Aus¬ führungsform mit der Abtriebswelle 4 drehfest verbunden, bevorzugt sogar durch eine einfache Verstemmung 12 oder Nietverbindung 12 oder durch eine Schweissverbindung 12 des so gebildeten Bodens mit der Antriebswelle 1 bzw. in einer alternativen Ausführungsform mit der Abtriebswelle 4, wie dies auch im Detail aus der Querschnittsdarstellung der Fig. 3 ersichtlich ist.

In einer alternativen Ausführungsform ist es auch möglich, die Antriebs- und die Abtriebswelle in der Anordnung gegen¬ einander auszutauschen. Hierbei wird dann die Antriebswelle 1 mit dem Innenzahnrad 3 drehfest verbunden und die Ab- triebswelle 4 mit dem aussenverzahnten flexiblen Ring 2 drehfest verbunden. Eine weitere Ausbildung der erfindungs- gemässen Anordnung mit unterschiedlicher Positionierung der funktionalen Elemente ist in Fig. 4 dargestellt. Die grund¬ legende Funktion der vorliegenden Erfindung bleibt jedoch dieselbe.

Das Innenzahnrad 3, dessen Zahnkreis bevorzugt kreisrund ist, kann einteilig mit der Abtriebswelle 4 oder als sepa¬ rates Bauteil ausgebildet sein, das mit der Abtriebswelle 4 durch umformtechnisches Fügen, analog dem Durchsetzfügen, oder durch Schweissen oder Löten mit der Abtriebswelle oder durch eine Reibschlüssige Verbindung verbunden werden. In besonders vorteilhafter Weise ist das Innenzahnrad, topf- förmig ausgebildet. Ein derartiges Innenzahnrad ist dann beispielsweise durch eine Blechumformung und Stanzoperatio- nen hergestellt und an seinem Topfboden 24 mit der Ab¬ triebswelle drehfest verbunden.

Zur Erfassung des Drehwinkelzustandes der Anordnung ist vorteilhafterweise ein Drehwinkelsensor 10 vorgesehen, wel- eher mit einem Steuergerät 128 verbunden ist, welches wie¬ derum auf den Hilfsantrieb 6, 7 einwirkt zur Einstellung des gewünschten Drehzahlüberlagerungsverhaltens der Len¬ keinrichtung. Der Sensor 10 kann hierbei Positionen des Ro¬ tors 6, der Antriebswelle 1 oder der Abtriebswelle 4 erfas- sen. Je nach gewähltem Steuerungsalgorithmus kann hierbei eines der Signale oder auch die Kombination der Signale verarbeitet werden.

Aus Sicherheitsgründen wird mit Vorteil eine mechanische Verriegelungseinrichtung 9 vorgesehen, welche es ermög¬ licht, mit Hilfe eines Stiftes den Rotor 6 im Störungsfall zu blockieren. Wie in Fig. 2 und Fig. 4 dargestellt besteht die Verriegelungsvorrichtung 9 darin, dass ein Stift im Störungsfall in eine Bohrung des Rotors 6 eingreift und diesen damit blockiert. Die Verriegelungsvorrichtung 9 ist derart ausgebildet, dass im Normalbetrieb der Stift bei¬ spielsweise elektromagnetisch zurückgezogen ist und im Stö-

rungsfall, also auch bei Stromausfall, der Stift durch Fe¬ derkraft in die Blockierungsposition getrieben wird.

Wie in Fig.2 und Fig.5 dargestellt ist, ist der flexible verzahnte Ring 2 topfförmig ausgebildet und mit seiner Bo¬ denfläche 11 mit der Antriebswelle 1 bzw. der Abtriebswelle 4 drehfest verbunden. Zur Geräuschverminderung der Getrie- ■ beanordnung kann vorteilhafterweise der Kragen 13 des Top¬ fes des flexiblen verzahnten Ringes 2 vergrössert werden oder aber auch der Topf 11, 13 weicher ausgebildet werden. Zwischen dem Befestigungselement 12 des Topfes und der An¬ triebswelle 1 können zusätzlich Gummi- oder KunststoffZwi¬ schenstücke angeordnet werden zur weiteren Dämpfung. Eine weiter Möglichkeit, die Übertragung des Körperschalls zu vermindern, besteht darin, das Gehäuse 8 mit Gummi- oder Kunststoffelementen entsprechend an der Karosserie zu befe¬ stigen. In analoger Weise kann auch der Kragen 23 des In¬ nenzahnrades 3 flexibel ausgestaltet sein und das Innen¬ zahnrad 3 an seinem Boden 24 mit Gummi- oder Kunststoffzwi- schenstücken an der Antriebswelle 4 zur Geräuschdämpfung befestigt werden.

Die erfindungsgemässe Drehzahlueberlagerungseinrichtung kann äusserst kompakt aufgebaut werden, beispielsweise mit einem Aussendurchmesser von weniger als 80 mm und einer Länge von weniger als 100 mm und dies bei äusserst hoher Zuverlässigkeit im Betrieb.

Wie bereits oben erläutert wurde , ist für verschiedene An- Wendungen vorgesehen, eine Sicherheitskupplung in die Dreh¬ zahlüberlagerungseinrichtung zu integrieren. Die Aufgabe dieser Sicherheitskupplung besteht darin, im Falle einer

Fehlfunktion, beispielsweise eines Sensorfehlers, eines Softwarefehlers oder von Stromausfall der Bordspannung, die entsprechend zu einem Fehler bei der Ansteuerung des Hilfs- antriebes führen würden, die sichere Kupplung zwischen An- triebswelle 1 und Abtriebswelle 2 herzustellen. Neben der oben bereits vorgestellten Lösung für eine derartige Si¬ cherheitskupplung oder auch Verriegelungseinrichtung 310 ist in den Figuren 6 bis 11 eine weitere Ausführungsform für eine Sicherheitskupplung mit verschiedenen Varianten dargestellt. Aus dieser Weiterführung der Erfindung ergeben sich zusätzliche Vorteile.

In Figur 6 ist schematisch und in dreidimensionaler Ansicht eine erfindungsgemässe Drehzahlüberlagerungseinrichtung dargestellt, wie bereits beschrieben in den vorhergehenden Figuren 2 bis 5, kombiniert mit einer bevorzugten, ein¬ stellbaren Verriegelungseinrichtung bzw. Sicherheitskupp¬ lungsanordnung 310, wobei in Figur 7 die Vorrichtung im Querschnitt und mehr detailliert dargestellt ist. In einer Weiterführung der Erfindung ist für die Drehzahlüberlage¬ rungseinrichtung für ein Fahrzeuglenksystem mit einer Ab¬ triebswelle 4, die zur Antriebswelle 1 in deren Achsrich¬ tung 303 ausgerichtet ist, einer Trägeranordnung 8 welche die Abtriebswelle 4 und die Antriebswelle 1 mindestens teilweise gelagert drehbar positioniert, einem Hilfsantrieb 305, 6, 7 mit einem Rotor 6, der mit einem ersten Getrie¬ beelement 5, dem Wave-Generator drehfest verbunden ist und eine einstellbare Verriegelungseinrichtung 310 zur wahlwei¬ sen drehfesten Kopplung zwischen Abtriebswelle 1 und An- triebswelle 4 vorgesehen, dass die Trägeranordnung 8 dreh¬ fest gegenüber der Karosserie angeordnet ist, der Rotor des Hilfsantriebes 305, 6, 7 koaxial die Abtriebswelle 4

und/oder Antriebswelle 1 umschliesst, das erste Getriebee¬ lement 5 mit einer Drehzahlübersetzung kleiner 1 die Dreh¬ zahl des Rotors 6 auf die Drehzahl der Abtriebswelle 4 überträgt, und der Rotor mit einer konzentrisch die Achs- richtung der Abtriebswelle 4 und Antriebswelle 1 umschlie- ssenden ferromagnetischen oder permanentmagnetischen ersten Kontaktelement 308, drehfest verbunden ist, wobei die dreh¬ feste Kopplung zwischen Abtriebswelle 4 und Antriebswelle 1 durch einen Reibschluss des ersten Kontaktelementes 308 mit einem zweiten Kontaktelement 309, die drehfest mit der Trä¬ geranordnung 8 verbunden ist, erzielt ist und die für die Reibkraft erforderliche Anpresskraft durch eine magnetische Kraft erzeugt ist und wobei zumindest eines der beiden Kon¬ taktelemente 308, 309 in Achsrichtung verschieblich ist.

Eines und/oder beide Kontaktelemente können mit Vorteil al¬ ternativ in allen Ausführungsformen Scheiben und /oder Ele¬ mente mit Flächenabschnitten sein, die mit korrespondieren¬ den konischen oder gewölbten Oberflächen ausgebildet sind. Dadurch wird die Kontaktfläche bei gleichem Durchmesser er¬ höht und es kann auch eine Zentrierfunktion erzielt werden.

Die Antriebswelle 1 und Abtriebswelle 4 liegen in einer Achse 303 zueinander ausgerichtet. In der gezeigten Ausführungsform ist auf dem Rotor 6 des Hilfsantriebes 305, 6, 7 ein Kopplungselement 315 angeord¬ net, das die erste Kontaktscheibe 308 axial verschiebbar trägt und das Drehmoment überträgt. Der koaxial die An¬ triebswelle 1 umschliessende Rotor 6 des Hilfsantriebes wird in einem Wälzlager 314b in der Trägeranordnung 8, die hier als Gehäuse ausgebildet ist, drehbar gelagert. Die Elemente der Verriegelungseinrichtung 310 können in einem

separaten Teilgehäuse 317 als Baugruppe gefasst sein, die separat hergestellt wird und mechanisch mit der Trä¬ geranordnung 8 verbunden wird. Diese Verbindung kann dabei einfach über eine Verschraubung in ein hier nicht darge- stelltes Innengewinde der Trägeranordnung 8 oder über Ver- schraubungen 335 hergestellt sein.

Im bevorzugten Fall ist der Hilfsantrieb 305, 6, 7 als Elektromotor ausgelegt, dessen Stator 7 fest mit der Trä- geranordnung 8 verbunden ist. Je nach Ausführung des Ge¬ triebes umschliesst der Stator 7 die Achse 303 der An¬ triebswelle 1 und/oder Abtriebswelle 4 koaxial. Der Stator 7 trägt die Statorwindungen 305. Der Rotor des Elektromo¬ tors ist mit Permanentmagneten bestückt und wird bei ent- sprechender Bestromung der Statorwindungen 305 in Drehung versetzt. Der Elektromotor ist entsprechend vollständig in die Drehzahlüberlagerungseinrichtung integriert, wodurch eine sehr kompakte und energieeffiziente Auslegung erreicht ist. Der Motor ist so auszulegen, dass er in beide Dreh- richtungen drehend angesteuert werden kann. Durch die Ver¬ bindung des Rotors mit einem Getriebeglied des Überlage¬ rungsgetriebes, dessen Drehzahl mit einer Drehzahlüberset¬ zung, die kleiner als 1 ist, auf die Abtriebswelle 1 über¬ tragen wird, kann der Elektromotor mit höherer Drehzahl an- gesteuert werden. Übersetzungsverhältnisse von mehr als 1:20 oder gar mehr als 1:50 sind dabei besonders vorteil¬ haft. Das heisst mehr als 20 bzw. 50 Rotorumdrehung ent¬ sprechen 1 Umdrehung der Abtriebswelle, wenn die Drehzahl der Antriebswelle den Wert 0 hat.

Die Kontaktelemente 308, 309 sind bevorzugt als kreisrunde Scheiben aus Stahl oder einem anderen ferromagnetischem

Werkstoff hergestellt. Es können aber auch unterbrochene bzw. gelochte Scheiben sein, was beispielsweise einer bes¬ seren Entlüftung beim Öffnen und Schliessen der beiden Kon¬ taktscheiben dient. Im Ausführungsbeispiel ist die erste Kontaktscheibe 308 über ein Kopplungselement 315 mit dem Rotor 6 der Hilfskrafteinrichtung 305, 6, 7 drehfest aber axial verschieblich verbunden.

Die magnetische Anpresskraft wird im einfachsten Fall durch einen Permanentmagnet 311 erzeugt. Dabei kann der Perma¬ nentmagnet 311 als zylindrische Scheibe, deren Achse mit der Achse 8 der Antriebswelle 1 bzw. Abtriebswelle 4 zusam¬ menfällt, ausgebildet sein. Es können aber auch mehrere einzelne Permanentmagnete auf eine zylindrische Scheibe aufgebracht sein. Im weiteren wird jede mögliche Ausfüh¬ rungsform der Einfachheit halber mit dem Permanentmagneten 311 bezeichnet.

Das erste Kontaktelement 308 ist durch das Magnetfeld eines Permanentmagneten 311 an das zweite Kontaktelement 309 her¬ angezogen. Das Teilgehäuse 317 sowie eine entsprechende An¬ kerausbildung sorgen für den magnetischen Schluss. Die Flä¬ chenpressung zwischen den beiden Kontaktelementen 308, 309 dient als Reibschluss. Zur Verbesserung der Reibkraft kön- nen eine oder beide der Kontaktelemente 308, 309 mit ent¬ sprechenden Reibbelägen beschichtet sein. Eine formschlüs¬ sige Oberflächenstruktur der beiden Kontaktelemente 308, 309 wäre zwar naheliegend und denkbar, birgt aber eine Rei¬ he von Nachteilen mit sich. Insbesondere ist dann eine Ver- riegelung nicht mehr für jeden Relativdrehwinkel zwischen den beiden Kontaktelemente 308, 309 möglich. Auch ist von erhöhtem Verschleiss auszugehen. Insbesondere ist ein Ab-

bremsen einer allfällig noch bestehenden Drehung des Rotors 6 kaum möglich. Dennoch kann eine derartige Lösung im Ein¬ zelfall wünschenswert sein.

Im Fall der Verriegelung sind die Kontaktelemente 308, 309 miteinander in Reibkontakt, wodurch der Rotor 6 gegenüber der Trägerstruktur 8 blockiert ist. Der Rotor 6 ist weiter mit einem ersten Getriebeelement 5 bzw. mit dem Wave- Generator verbunden, die damit ebenfalls gegenüber der drehfest bezüglich der Karosserie angeordneten Trägerstruk¬ tur 8 blockiert ist. Somit wird das gesamte Drehmoment, das in die Antriebswelle 1 eingeleitet wird, auf die Abtriebs¬ welle 4 übertragen. Entsprechend den wird dabei die Dreh¬ zahl der Antriebswelle auf eine Drehzahl an der Abtriebs- welle übertragen. Damit ist die Funktion der drehfesten Kopplung zwischen Antriebswelle 1 und Abtriebswelle 4 er¬ zielt. Dieser Fall ist für den Notfall oder auch bei ausge¬ schaltetem Antriebsmotor des Kraftfahrzeuges wichtig. In diesem Betriebszustand hat der Fahrer die alleinige Kon- trolle über die Steuerung der Fahrtrichtung und das Steuer¬ rad ist mit den verschwenkten Rädern mechanisch miteinander gekoppelt. Das ist wichtig, in Fällen mangelnder Energie¬ versorgung des Hilfsantriebes, wie etwa bei Stromausfall, oder auch bei Fehlfunktion der Ansteuerung des Hilfsantrie- bes. Zur Detektion derartiger Fehlfunktionen können bei¬ spielsweise Sensoren 10 in die Drehzahlüberlagerungsein¬ richtung integriert sein, die eine Überwachung der ver¬ schiedenen Drehzahlen bzw. Drehwinkeln an Antriebswelle 1, Abtriebswelle 4 und Rotor 6 ermöglicht.

Im Fall der Entriegelung, bei dem die Drehzahlen bzw. Dreh¬ winkel Antriebswelle 1 und Abtriebswelle 4 zueinander ver-

änderbar sein sollen, werden die Kontaktelemente 308, 309, bevorzugt durch einen kleinen Abstand zueinander, ausser Reibkontakt gebracht. Gleichzeitig wird der Hilfsantrieb mit Energie versorgt, so dass er die Abstützung des von der Antriebswelle 1 eingeleiteten Drehmoments übernimmt. Be¬ darfsweise wird der Rotor 6 durch den Hilfsantrieb in Dre¬ hung versetzt, um die Entsprechende Drehzahl- bzw. Drehwin¬ kelüberlagerung zwischen Antriebswelle 1 und Abtriebswelle 4 zu erreichen.

Es ist besonders vorteilhaft zur Erhöhung der Sicherheit, wenn im Fall der Entriegelung bei Ausfall der Energiever¬ sorgung am Hilfsantrieb 305, 6, 7 die Umschaltung in den Fall der Verriegelung, bei dem Abtriebswelle 4 und An- triebswelle 1 drehfest gekoppelt sind, quasi automatisch erfolgt. Zusätzliche Ströme, die die Kopplung bewirken, sollen nicht erforderlich sein. Dieser Vorgang soll zudem für den Fahrer möglichst unmerklich erfolgen.

Dazu soll bevorzugt die Entriegelung durch einen Stromfluss bewirkt werden, während ohne diesen Stromfluss sich das Sy¬ stem automatisch verriegelt. In einer Weiterführung der Er¬ findung wird das dadurch erreicht, dass die magnetische An¬ presskraft zwischen dem ersten und zweiten Kontaktelement durch ein elektrisch angesteuertes Gegenmagnetfeld aufheb¬ bar ist. Im einfachsten Fall wird dieses Gegenmagnetfeld durch eine umlaufende Spule 312, die über einen elektri¬ schen Anschluss 313 angesteuert wird, erzeugt. Die Spule 312 ist im Ausführungsbeispiel zwischen dem Permanentmagne- ten 311, die die magnetische Anpresskraft bewirken und der Kontaktscheibe 309 angeordnet. Ist die Spule 312 entspre¬ chend bestromt, schliesst sich der magnetische Kreis zwi-

sehen dem Permanentmagneten 311, so dass auf die erste Kon¬ taktscheibe 308 keine oder nur eine sehr geringe Anzie¬ hungskraft in Richtung der zweiten Kontaktscheibe 309 wirkt. Damit sinkt die Reibkraft zwischen den beiden Kon- taktscheiben, die im Ausführungsbeispiel das Kontaktelement darstellt, so dass die Verriegelungseinrichtung 310 entrie¬ gelt ist. Bei Ausfall der Stromversorgung der Spule 312 bricht das Gegenmagnetfeld unmittelbar zusammen, so dass die Magnetkraft des Permanentmagneten 311 direkt auf die Kontaktscheibe 308 wirkt und diese an die Kontaktscheibe 309 heranzieht.

In einer Weiterführung soll der Energieaufwand zum Halten des entriegelten Zustands der Verriegelungseinrichtung 310 gesenkt wird. Dazu umfasst die Verriegelungseinrichtung 310 eine Feder 334 umfasst, deren Kraft entgegen der magneti¬ schen Anpresskraft wirkt, wie auch in Figur 11 dargestellt. Im Ausführungsbeispiel wird die axial verschiebliche Kon¬ taktscheibe 308 mittels einer Feder 334 vom Permanentmagne- ten 311 weggedrückt. Mit steigendem Abstand der Kontakt¬ scheibe vom Feld des Permanentmagneten 311 sinkt die Anzie¬ hungskraft, so dass das Gegenmagnetfeld nur noch schwächer zu sein braucht, um dessen Wirkung aufzuheben. Die Federkraft muss jedoch zur Verriegelung der Verriege- lungseinrichtung 310 durch die magnetische Kraft des Perma¬ nentmagneten 311 überwunden werden. Dazu wird in einer Wei¬ terführung der Erfindung die Federkraft definiert ausge¬ legt. Im bevorzugten Fall ist die Federkraft so bemessen, dass die auf die erste axial bewegliche Kontaktscheibe 308 von der anderen Kontaktscheibe 309 weg gerichtet wirkende Kraft im von der ersten Kontaktscheibe abgehobenen Zustand im Bereich von etwas grösser als Null bis 10% des Betrages

der magnetischen Kraft des Magnetfeldes, das die Anpress¬ kraft erzeugt, liegt. Dadurch ist zum Erhalt des entriegel¬ ten Zustandes der Verriegelungseinrichtung 310 nur ein sehr geringer Leistungsbedarf für das Gegenmagnetfeld vorhanden. Gleichzeitig ist das sichere Schliessen der Verriegelungs¬ einrichtung gewährleistet. Sobald sich die Kontaktscheiben 308, 309 aufeinander zu bewegen steigt die magnetische Kraft auf die bewegliche Kontaktscheibe 308, so dass die benötigte hohe Reibkraft erzeugt wird. Mit der Dimensionie- rung der Feder wird gleichzeitig das Prellen beim Zusammen¬ schlagen der beiden Kontaktscheiben vermindert. Der kurz¬ zeitig geringfügig höhere Leistungsbedarf zum Entriegeln der Verriegelungseinrichtung 310 wird durch die Einsparung während der gesamten Dauer des Haltens im entriegelten Zu- stand mehr als kompensiert.

Die Verriegelungseinrichtung 310 kann sehr gut und kompakt in die Drehzahlüberlagerungseinrichtung integriert werden. Dazu wird bevorzugt der Rotor 6 einerseits direkt in der Trägeranordnung 8 drehbar gelagert 314b und die Antriebs¬ welle 1 in dem fest mit der Trägeranordnung verbundenen Teil der Verriegelungseinrichtung 310, das die zweite Kon¬ taktscheibe umfasst, drehbar gelagert 20. Besonders vor¬ teilhaft ist das andere Ende der Antriebswelle 1 in direkt in der Abtriebswelle 4 gelagert.

Mit Hilfe der nach den oben genannten Merkmalen aufgebauten Einrichtung ist eine Drehzahlüberlagerungseinrichtung mit einer Sicherheitsredundanz für die Lenkung gegen Ausfall der Bordnetzspannung oder andere Störungen gegeben, die sehr schnell und sicher eine mechanische Kopplung zwischen dem Steuerrad und den gelenkten Rädern herstellt. Im Falle

eines Ausfalls der Energieversorgung des Hilfsantriebes 305, 6, 7 oder einer anderen Störung der Funktionen des Fahrzeuges wird der Stromfluss zum Betreiben des Gegenma¬ gnetfeldes zum Aufheben der magnetischen Anpresskraft un- terbrochen, so dass das erste Kontaktelement 308 mit dem zweiten Kontaktelement 309 mit der magnetisch erzeugten An¬ presskraft in reibschlüssigen Kontakt stehen.

In der Figur 8 ist eine alternative Ausführung für die Si- cherheitskupplung dargestellt, bei der das erste Kontakte¬ lement, die Kontaktscheibe 308 direkt mit dem als Joch aus¬ geführten Teilgehäuse 317 in Kontakt gebracht wird. Das zweite Kontaktelement ist hier als Bestandteil des Teilge¬ häuses 317 anzusehen.

Die Kontaktscheibe 308 kann in allen Ausführungsformen als zylindrische Scheibe ausgelegt sein. Zur besseren Entlüf¬ tung beim Schliessen der beiden Kontaktflächen ist es je¬ doch von Vorteil, die Kontaktscheibe 308 mit entsprechenden Aussparungen 337 auszulegen (vgl. Figur 9) . Alternativ können auch eine Anzahl von Kontaktelementen 338 (vgl. Fi¬ gur 10) direkt mit dem Kopplungselement 315 verbunden sein. Die Form der Aussparungen 337 bzw. Kontaktelemente 338 der Kontaktscheibe 308 sind den jeweiligen konstruktiven Gege- benheiten anzupassen. Wichtig ist, dass eine genügende ma¬ gnetische Anziehungskraft zur zweiten Kontaktscheibe 309 bzw. direkt zum Teilgehäuse 317, das an seiner zur Kontakt¬ scheibe 308 hin gerichteten Oberfläche selbst einen ent¬ sprechenden Reibbelag aufweisen kann, erreicht ist.

Auch wenn in allen Ausführungsformen Wälzlager gezeigt sind, ist es denkbar und möglich, Gleitlager einzusetzen.

Während im Allgemeinen mit Wälzlagern geringere Reibwerte erzielt werden, sind Gleitlager kostengünstiger und benöti¬ gen weniger Bauraum. Die Entscheidung wird je nach den Er¬ fordernissen an Bauraum und Energieeinsatz für den Hilfsan- trieb getroffen.

Die so vorgestellte Drehzahlüberlagerungseinrichtung wird in Fahrzeuglenksystemen in der Weise betrieben, dass im Falle eines Ausfalls der Energieversorgung des Hilfsantrie- bes oder einer anderen Störung der Funktionen des Fahrzeu¬ ges der Stromfluss zum Betreiben des Gegenmagnetfeldes zum Aufheben der magnetischen Anpresskraft unterbrochen wird, so dass die erste Kontaktscheibe 308 mit der zweiten Kon¬ taktscheibe 309 mit der magnetisch erzeugten Anpresskraft in reibschlüssigen Kontakt stehen, dadurch wird unmittelbar eine drehfeste Kopplung zwischen der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 4 erzielt. Es ist in diesem Falle wün¬ schenswert, die Kopplung innerhalb möglichst kurzer Zeit und für den Fahrer möglichst unmerklich herzustellen. Als Fehlerfall ist neben dem Energieausfall der Energieversor¬ gung des Hilfsantriebes oder im Fahrzeug auch ein Sensor¬ ausfall, ein Problem mit der Ansteuerung oder ein Software¬ fehler oder sonstiger Fehler denkbar. So kann beispielswei¬ se durch einen einfachen Kabelbruch, der Messwert der Ge- schwindigkeit des Fahrzeuges nicht mehr korrekt an die Steuerung der Überlagerungsregelung übertragen werden. Da¬ mit kann die Steuerung nicht mehr entscheiden, mit welcher Drehzahlüberlagerung die Einrichtung betrieben werden soll. In einem derartigen Fall, der leicht erkennbar ist, steht genügend Energie zur Verfügung, die drehfeste Kopplung zwi¬ schen Abtriebswelle 4 und Antriebswelle 1 aktiv zur errei¬ chen.

In einer bevorzugten Weiterführung der Erfindung wird die Spule für das Gegenmagnetfeld, mit dem das Magnetfeld des Permanentmagneten 311, das die Verriegelungseinrichtung 310 zur wahlweisen drehfesten Kopplung zwischen Abtriebswelle 4 und Antriebswelle 1 bewirkt, aufgehoben wird, zumindest zeitweise so geschaltet, dass die magnetische Anpresskraft zwischen den beiden Kontaktscheiben 308, 309 erhöht ist. Dadurch wird ein beschleunigtes Schliessen der Verriege- lungseinrichtung bewirkt. Nach dem die drehfeste Kopplung der Abtriebswelle 4 und der Antriebswelle 1 erreicht ist, kann die Bestromung der Spule 312 für das Gegenmagnetfeld abgeschaltet werden.