Die Erfindung betrifft eine Lenkungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der Offenlegungsschrift DE 101 60 313 Al ist eine Lenkungsvorrichtung bekannt, die ein als Planetengetriebe ausgeführtes Überlagerungsgetriebe aufweist. Das Planetengetriebe weist zwei Hohlräder, mindestens ein auf einem Steg gelagertes Stufenpla- netenrad sowie ein von einem Elektromotor antreibbares Schneckengetriebe auf.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Lenkungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die ein Überlagerungsgetriebe mit einem kompakteren Aufbau aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Lenkungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lenkungsvorrichtung zeichnet sich durch ein Überlagerungsgetriebe aus, das ein Planetenrad aufweist, das mit einem von einem Elektromotor antreibbaren Sonnenrad und mit Hohlrädern im Eingriff steht. Das Sonnerad ist in vorteilhafter Weise direkt, d.h. ohne Zwischengetriebe von einem E- lektromotor antreibbar. Durch Bestromung des Elektromotors dreht dessen Rotor das Sonnenrad, dadurch wälzt das Planetenrad im ersten Hohlrad ab, das zweite Hohlrad verdreht sich aufgrund unterschiedlicher Zähnezahlen relativ zum ersten Hohlrad und dem vom Fahrer eingestellten Lenkwinkel wird ein Zusatzlenkwinkel überlagert. Das Sonnen- und Planetenrad ist gestuft ausführbar, d.h. mit zwei Verzahnungsabschnitten unterschiedlicher

Zähnezahl, die jeweils mit einem der beiden Hohlrädern in Eingriff stehen. Selbstverständlich sind auch mehrere Planetenräder zwischen dem Sonnenrad und den Hohlrädern anordenbar, so dass das Überlagerungsgetriebe beispielsweise 3 oder 5 Planetenräder aufweist.

In Ausgestaltung der Erfindung kämmen die Hohlräder mit einem Einfachplanetenrad und weisen durch Profilverschiebung erzeugte, unterschiedliche Zähnezahlen auf. Unter einem Einfachplanetenrad ist ein Planetenrad zu verstehen, bei dem sich die durch eine Verzahnungsgeometrie definierten Zähne über die gesamte Zahnradbreite erstrecken. Um ein Kämmen der Hohlräder unterschiedlicher Zähnezahl mit dem Einfachplanetenrad zu ermöglichen, weisen die Hohlräder unterschiedliche Profilverschiebungen auf. Beispielsweise kann das zweite Zahnrad durch eine positive Profilverschiebung gegenüber dem ersten Zahnrad, das keine oder eine negative Profilverschiebung aufweist, mehr Zähne aufweisen. In einem anderen Fall weist das zweite Zahnrad durch eine negative Profilverschiebung weniger Zähne als das erste Zahnrad auf. Durch den Einsatz eines Einfachplanetenrads kann auch am Sonnenrad auf eine Stufung verzichtet werden, das Sonnenrad weist über die gesamte Zahnradbreite eine durchgehende Verzahnungsgeometrie auf. Der Aufbau des Überlagerungsgetriebes mit einem Einfachplanetenrad, einem ungestuften Sonnenrad und den beiden Hohlrädern nimmt wenig Bauraum in Anspruch und ist kostengünstig herstellbar. Die mit dieser Anordnung darstellbare hohe Übersetzung zwischen dem Sonnenrad und dem zweiten Hohlrad erlaubt den Einsatz eines kleinen Elektromotors und ermöglicht eine exakte Einstellung des Überlagerungswinkels.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Planetenrad schwimmend zwischen dem Sonnenrad und den Hohlrädern angeordnet. Ein oder mehrere Planetenräder sind schwimmend zwischen den beiden Hohlrädern sowie dem Sonnenrad eingesetzt . Die axiale Führung des Planetenrades erfolgt über axiale Begrenzungs-

elemente beispielsweise über Flansche. Die schwimmenden Planetenräder können sich in den Verzahnungen zentrieren.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektromotor in dem Lenkrohr, das die Lenkhandhabe mit dem ersten Hohlrad verbindet, angeordnet. Das Lenkrohr weist einen ausreichend großen Innendurchmesser zur Aufnahme des Elektromotors auf. Der beispielsweise als bürstenloser Motor ausgeführte Elektromotor ist platzsparend in dem Lenkrohr anordenbar.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektromotor in einer Lenkwelle, die das zweite Hohlrad mit der Eingangswelle des Lenkgetriebes verbindet, angeordnet. Bei beengten Bauraumverhältnissen zwischen dem Überlagerungsgetriebe und der Lenkhandhabe ist in vorteilhafter Weise der Elektromotor in der Lenkwelle anordenbar.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Lenkhandhabe über eine Zahnradstufe mit dem ersten Hohlrad verbunden. Die Zahnradstufe umfasst ein mit dem Lenkrohr und ein mit dem ersten Hohlrad verbundenes Zahnrad. Eine Drehbewegung der Lenkhandhabe bzw. des Lenkrohrs wird durch Kämmen der Zahnräder der Zahnradstufe auf das erste Hohlrad übertragen. Die Zahnradstufe ist beispielsweise als Stirnradpaar oder als Kegelradpaar ausführbar. Die Zahnradstufe ermöglicht eine Anordnung des Elektromotors außerhalb des Lenkrohrs oder der Lenkwelle. Der Elektromotor kann damit auch fahrzeugfest gelagert werden. Das Drehmoment am Stator des Elektromotors stützt sich damit nicht am Lenkrohr oder der Lenkwelle ab.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung tritt zwischen dem ersten und zweiten Hohlrad Selbsthemmung auf. Die Selbsthemmung verhindert bei einer Drehmomentbeaufschlagung des ersten oder zweiten Hohlrades ein Abwälzen des Planetenrades in den Hohlrädern, d.h. die Hohlräder und das Planetenrad drehen im Block um und die Drehzahl der beiden Hohlräder ist gleich groß.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das erste Hohl- rad einen Trägerring, in dem eine Lagerung des zweiten Hohlrades vorgesehen ist. Ein mit dem ersten Hohlrad vorzugsweise einteiliger Trägerring weist eine Lagerung wie beispielsweise ein Nadellager auf, in dem das zweite Hohlrad drehbar gelagert ist. Dabei kann der Außendurchmesser des zweiten Hohlrades direkt angeordnet sein. Alternativ ist ein mit dem zweiten Hohl- rad verbundenes Trägerelement wie beispielsweise ein das Hohl- rad tragender Flansch in dem Nadellager anordenbar.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lenkungsvorrichtung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Überlagerungsgetriebes aus der Lenkungsvorrichtung aus Fig.l,

Fig. 3 eine weitere perspektivische Ansicht des Überlagerungsgetriebes aus Fig. 1 und

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lenkungsvorrichtung aus Fig.l.

Gleichwirkende Bauteile in den Figuren 1 bis 4 sind im Folgenden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

In Fig. 1 ist schematisch der Aufbau einer erfindungsgemäßen Lenkungsvorrichtung mit einem Überlagerungsgetriebe 21 dargestellt. Eine Lenkhandhabe 1 in Form eines Lenkrads ist über ein Lenkrohr 3 mit einem ersten Hohlrad 2a verbunden. Ein Planentenrad 4 steht mit dem ersten Hohlrad 2a und einem zweiten

Hohlrad 2b im Zahneingriff. Das Planetenrad 4 ist als Einfachplanetenrad ausgeführt, d.h. die durch eine Verzahnungsgeometrie gekennzeichneten Zähne erstrecken sich über die gesamte Zahnradbreite.

Das zweite Hohlrad 2b weist eine vom ersten Hohlrad 2a abweichende Zähnezahl auf. Um den Eingriff mit dem Planetenrad 4 zu ermöglichen, wird die unterschiedliche Zähnezahl durch eine Profilverschiebung erzielt. Diese dem Verzahnungsfachmann geläufige Maßnahme besteht darin, dass eine Profilbezugslinie der Verzahnung der Hohlräder 2a,2b vom Teilkreisdurchmesser in Richtung Kopfkreisdurchmesser (positive Profilverschiebung) o- der in Richtung Fußkreisdurchmesser(negative Profilverschiebung) verschoben wird. Bei einer genügend großen Verschiebung sind an den Hohlrädern 2a,2b gegenüber einer Ausführung ohne ProfilVerschiebung mehr oder weniger Zähne anordenbar, wobei die Hohlräder 2a,2b weiterhin mit dem Planetenrad 4 kämmen.

Das Planetenrad 4 ist schwimmend zwischen einem Sonnerad 5 und den Hohlrädern 2a,2b angeordnet. Beispielsweise sind zwischen Sonnenrad 5 und den Hohlrädern drei Planetenräder 4 anordenbar, der Leistungsfluss teilt sich auf die drei Planetenräder auf. Damit kompensieren sich im Überlagerungsgetriebe 21 auftretende Querkräfte.

Das Sonnenrad 5 ist mit einem Rotor 7 eines in dem Lenkrohr 3 angeordneten Elektromotors 6 gekoppelt. Der Stator 8 des Elektromotors 6 stützt sich in dem Lenkrohr 3 ab. Über ein flexibles Bandkabel 15 ist der Elektromotor 6 mit einem Steuergerät 14 verbunden. Alternativ kann der Elektromotor 6 auch über Schleifkontakte mit elektrischer Energie versorgt werden. Das mit einem Fahrdynamikrechner beispielsweise über CAN verbundene Steuergerät 14 bestromt den Elektromotor 6 in Abhängigkeit von einem vom Fahrdynamikrechner angeforderten Zusatzlenkwinkel .

Eine Lenkwelle 9 ist über einen Flansch 10 mit dem zweiten Hohlrad 2b verbunden. Die Lenkwelle 9 überträgt die Drehbewe-

gung des zweiten Hohlrades 2b auf eine Eingangswelle 12 eines Lenkgetriebes 12. Die Lenkwelle 9 kann Gelenke aufweisen, um ein versetzte Anordnung des zweiten Hohlrades 2b bzw. des Überlagerungsgetriebes 9 zur Eingangswelle 12 des Lenkgetriebes zu ermöglichen. Das Lenkgetriebe 11 setzt die Drehbewegung der Lenkwelle 9 in eine Schiebebewegung von Spurstangen um. Die Spurstangen sind mit lenkbaren Rädern des Fahrzeugs verbunden.

Die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung ermöglicht durch Ansteuerung des Elektromotors 6 einem vom Fahrer über das Lenkrad 1 vorgegebenen Lenkwinkel einen weiteren Winkel zu überlagern.

Bei einem Lenkvorgang ohne Lenkwinkelüberlagerung wird die Drehbewegung des Lenkrads 1 über das erste Hohlrad 2a auf das Planetenrad 4 übertragen. Das Sonnenrad 5 steht still, solange ein an Sonnenrad 5 anstehendes Drehmoment über den Elektromotor 6 abstützbar ist. Die Übersetzung i _H2 a_H2b der Drehzahlen n _H2a vom ersten Hohlrad 2a zur Drehzahl n _H 2 _b zum zweiten Hohlrad 2b ist bei stehendem Sonnenrad 5 wie folgend durch das Zähnezahl- Verhältnis bestimmt:

wobei die Zähnezahl des ersten Hohlrades 2a mit z _H2a / die des zweiten Hohlrades 2b mit Z _H 2 _b ^un d die des Sonnenrades 5 mit z _β bezeichnet ist. Die Übersetzung i _H 2a_H2b ist gleichbedeutend mit der Übersetzung zwischen dem Lenkrad 1 und der Lenkwelle 9.

Bevorzugt ist das Überlagerungsgetriebe 21 derart auszulegen, dass sich das Planetenrad 4 mit den Hohlrädern 2a,2b im Block dreht. Damit wird vermieden, dass ein an der Lenkwelle 9 anstehendes Lenkmoment ständig durch den Elektromotor 6 abgestützt werden muss, gleichfalls treten keine durch das Abwälzen der Planetenräder 4 verursachte Reibungsverluste auf. Gegebenen-

falls kann durch eine geringfügige Bestromung des Elektromotors 6 ein Umlauf im Block sichergestellt werden. Alternativ ist eine Auslegung zu bevorzugen, die bei Antrieb des ersten Hohlrads 2a eine Selbsthemmung zum zweiten Hohlrad 2b vorsieht (selbsthemmendes Getriebe) und dabei einen Blockumlauf der beiden Hohlräder 2a,2b mit den Planetenrädern sicherstellt. Auch im umgekehrten Fall, das heißt bei Antrieb des zweiten Hohlrades 2b tritt dann Selbsthemmung zum ersten Hohlrad 2a auf. Bei der Selbsthemmung ist ein Abwälzen des Planetenrades 4 in den Hohlrädern 2a,2b bei Antrieb an einem der beiden Hohlrädern 2a,2b nicht möglich.

Bei Ausfall einer elektrischen Komponente wie beispielsweise dem Elektromotor 6 oder dem Steuergerät 14 ist das Fahrzeug rein mechanisch lenkbar. Bei einem Blockumlauf der beiden Hohl- räder 2a,2b stellt sich in vorteilhafter Weise zwischen Lenkrad 1 und der Lenkwelle 9 die Übersetzung ein. Ein Blockumlauf ist bei einem nicht selbsthemmenden Getriebe gleichfalls durch eine Verriegelung, beispielsweise zwischen Sonnenrad 5 und den Planetenrädern 4 oder zwischen Sonnenrad 5 und einem der Hohlräder 2a,2b erzielbar.

Alternativ ist ein stehendes Sonnenrad 5 ist bei einem nicht selbsthemmenden Getriebe wie vorab beschrieben durch Abstützung am Elektromotor 6 und/oder einer zusätzliche Verriegelung gegenüber einem Gehäuse darstellbar. Auch dann ist eine rein mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad 1 und dem Lenkgetriebe 11 vorhanden.

Zur Erhöhung von beispielsweise einer Fahrstabilität oder einer Fahrzeugagilität gibt der Fahrdynamikrechner einen dem vom Fahrer eingestellten Lenkwinkel überlagerten Zusatzlenkwinkel vor. Das Steuergerät 14 bestromt den Elektromotor 6 solange, bis der Zusatzlenkwinkel gestellt ist. Dabei verlagert sich durch Drehung des Sonnenrades 5 der Zahneingriffspunkt zwischen Planetenrädern 4 und den Hohlrädern 2a,2b. Das Planetenrad 4 wälzt in den beiden Hohlräder 2a,2b ab. Durch die unterschiedlichen

Zähnezahlen der Hohlräder 2a,2b verdrehen sich diese relativ zueinander. Die Lenkwelle 9 dreht sich bei Betätigung des Lenkrads 1 aufgrund des Blockumlaufes von Planetenrad 4 und den beiden Hohlrädern 2a,2b, eine Drehbewegung des Sonnenrades 5 überlagert sich als Zusatzlenkwinkel auf die Lenkwelle 9. Eine Rückstellung des Zusatzlenkwinkels erfolgt durch Zurückdrehen der Sonnenrades 5 in die ursprüngliche Position.

Die Übersetzung i _{s H} 2b zwischen der Drehzahl n _s des Sonnenrades 5 und der Drehzahl n _H 2b des zweiten Hohlrades 2b, das mit der Lenkwelle 9 verbunden ist, bestimmt sich bei stehendem ersten Hohlrad 2a mit den Zähnezahlen z _H 2a und z _H2b des ersten und zweiten Hohlrades 2a,2b zu:

HIa HIb

S HIb

^H2a-H2b 1

wobei der mögliche Übersetzungsbereich der Anordnung bei I is_H _2b |<100 liegt.

Fig.2 und Fig. 3 zeigt Bauteile des Überlagerungsgetriebes 21 der erfindungsgemäßen Lenkungsvorrichtung in einer perspektivischen, teilweise geschnittenen Darstellung. In dem Lenkrohr 3 ist der Stator 8 des Elektromotors 6 angeordnet. Der Rotor 7 ist in einem ersten Lager 15 gelagert und treibt das Sonnenrad 5 an. Das Sonnenrad 5 steht im Eingriff mit den Planetenrädern 4, die wiederum sowohl mit den Hohlrad 2a als auch mit dem Hohlrad 2b im Eingriff stehen. Das Lenkrohr 3 weist einen Flansch 13 auf, der über Schrauben 19 mit dem ersten Hohlrad 2a verbunden ist. Das erste Hohlrad 2a ist vorzugsweise einstückig mit einem Trägerring 18 ausgeführt. Alternativ kann der Trägering 18 auch über eine stoff- und/oder formschlüssige Verbindung mit dem ersten Hohlrad 2a verbunden sein. Unter einer stoffschlüssigen Verbindung ist beispielsweise eine Schweißverbindung, unter einer formschlüssigen Verbindung einen Pressverbindung oder eine KerbverzahnVerbindung zu verstehen. Wie in Fig. 3 gezeigt weist die Lenkwelle 9 einen das zweite Hohl-

rad 2b aufnehmenden Lenkwellenflansch 10 auf, der über ein Nadellager 17 in dem Trägerring 18 gelagert ist. Der Lenkwellenflansch 10 ist gleichfalls über eine stoff- und/oder eine formschlüssige Verbindung 20 mit dem zweiten Hohlrad 2b verbunden. Die gezeigt Anordnung ermöglicht eine Verdrehung des ersten Hohlrades 2a gegenüber dem zweiten Hohlrad 2b. Über eine Ver- schraubung 23 ist der Trägering 18 mit einem Abschlussring 22, der die axiale Bewegung des Lenkwellenflansches 10 begrenzt, verbunden. In der Lenkwelle 9 ist ein zweites Lager 16 angeordnet, das einen Gelenkzapfen des Sonnenrades 5 aufnimmt. Der Lenkwellen- und Lenkrohrflansch 10,13 dient als axiale Anlauffläche für die schwimmend gelagerten Planetenräder 4.

In Fig. 4 ist eine Variante der Lenkungsvorrichtung aus Fig. 1 gezeigt. Im Unterschied zu der Ausführungsform in Fig.l ist das Lenkrad 1 über eine die Stirnräder 25a,25b umfassende Zahnradstufe 24 mit dem ersten Hohlrad 2a verbunden. Diese Anordnung ermöglicht, den Stator 8 des Elektromotors 6 fahrzeugfest zu lagern und das Lenkrohr 3 unabhängig vom Elektromotor 6 gestalten zu können. Die Funktion der Lenkungsvorrichtung ist identisch mit der Lenkungsvorrichtung aus Fig.l.

In einer alternativen nicht gezeigten Ausführungsform ist das zweite Hohlrad 2b über eine Zahnradstufe 24 mit der Lenkwelle 9 verbunden. Damit ist bei einer Anordnung des Elektromotors zwischen Lenkgetriebe 11 und Überlagerungsgetriebe 21 eine fahrzeugfeste Anordnung des Elektromotors 8 möglich. Gleichzeitig ist die Lenkwelle 9 unabhängig vom Elektromotor 6 gestaltbar.

Durch Überlagerung eines Zusatzlenkwinkels ermöglicht die erfindungsgemäße Lenkungsvorrichtung eine Anpassung der Gesamt- lenkübersetzung, d.h. das Verhältnis der Änderung eines Lenkradwinkels zur Änderung des mittleren Lenkwinkels am Rad, auf verschiedene Fahrsituationen. Beispielsweise ist beim Parkieren aufgrund einer kleinen Gesamtübersetzung ein Erreichen des maximalen Radeinschlagwinkels mit wenigen Drehbewegungen am Lenk-

rad 1 möglich, hingegen bei hohen Geschwindigkeiten soll die Gesamtübersetzung für ein sicheres Fahrzeughandling größer als bei kleineren Geschwindigkeiten sein.

Das Lenkgetriebe 11 ist derart ausgelegt, dass die Gesamtlenk- übersetzung einen Wert annimmt, die ein komfortables Parkieren ohne Lenkwinkelüberlagerung erlaubt. Bei schneller Fahrt wird dann die Gesamtübersetzung durch Ansteuerung des Elektromotors 6 erhöht.

Alternativ kann das Lenkgetriebe 11 derart ausgelegt, dass die Gesamtübersetzung einen Wert annimmt, die ein sicheres Fahren bei schneller Fahrt erlaubt. Während eines Parkiervorganges wird dann die Gesamtübersetzung durch Ansteuerung des Elektromotors 6 erniedrigt. Gleichfalls kann das Lenkgetriebe auch eine Gesamtübersetzung aufweisen, die bei mittleren Geschwindigkeiten einen guten Fahrbahnkontakt vermittelt, beim Parkieren oder schneller Fahrt wird durch Ansteuerung des Elektromotors 6 die Übersetzung erniedrigt bzw. erhöht.