<Desc/Clms Page number 1>
Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge.
Die Erfindung bezieht sich auf Lenkvorrichtungen mit einer Schraube und einer Mutter, bei der durch Drehen der Schraube oder der Mutter die Mutter bzw. die Schraube zu einer Längsbewegung veranlasst wird, die zur Verstellung eines Hebelarmes zur Betätigung der Lenkräder benutzt wird.
Es ist bereits bekannt, bei den vorgenannten Getrieben zwecks Verminderung der Reibung
Schraube und Mutter durch Kugeln zu kuppeln, die sich längs einer geschlossenen Bahn bewegen können. Bei diesen bekannten Getrieben sind mehrere Gewindegänge durch einen völlig im Innern 'der Mutter verlaufenden Kanal verbunden, der völlig mit Kugeln ausgefüllt ist. Die Kugeln im Kanal werden hiebei von den in den Gewindegängen sich abrollenden Kugeln durch den Kanal geschoben, wobei eine erhebliche gleitende Reibung auftritt. Diese Reibung verschlechtert einmal unmittelbar den Wirkungsgrad des Getriebes und in noch erhöhtem Masse mittelbar dadurch, dass durch den
Reibungswiderstand im Kanal die Rollbewegung der belasteten Kugeln in den Gewindegängen beeinträchtigt wird.
Die Rollbewegung der Kugeln im Kanal wird hiedurch behindert, so dass auch bei diesen Kugeln ein zusätzlicher Gleitreibungswiderstand auftritt.
Erfindungsgemäss sind die Nachteile der bekannten Getriebe dadurch vermieden, dass in der Mutter ein zwei benachbarte Gewindegänge verbindender Kanal angebracht ist, der zur Schraube zu offen ist, so dass die Flanken und die Rückenfläche eines Gewindeganges des Schraubengewindes die untere Begrenzung des Kanals bilden. Hiedurch ist die Zahl der Kugeln im Kanal auf ein Minimum vermindert. Ausserdem führen die innere und die äussere Begrenzungsfläche des Kanals gegenläufige Bewegungen aus, so dass im Kanal eine Rollbewegung der Kugeln eintritt, wodurch eine gleitende Reibung vermieden ist. Die Anordnung der Kugeln nähert sich den Verhältnissen eines üblichen
Kugellagers, dessen geringe Reibung bekannt ist.
Die Erfindung kann bei Lenkvorrichtungen verwendet werden, bei denen die Mutter im Gehäuse der Lenkvorrichtung festgehalten wird, so dass sie sich nicht drehen kann, aber mit besonderem Vorteil auch für Lenkvorrichtungen, bei denen eine Drehung der Mutter nicht verhindert ist, sondern die zylindrisch ausgebildete Mutter verschiebbar und zum Teil drehbar in dem gleichfalls zylindrisch ausgebildeten Gehäuse der Vorrichtung angeordnet ist. Die Mutter besitzt eine radiale Bohrung, in die der ballige Kopf des an der Steuerwelle angebrachten Hebelarmes eingreift. Die Mutter kann sich um ihre Achse drehen und sich der bogenförmigen Bewegung des Schwenkarmes anpassen, wobei sie sich gleichzeitig in der Axialrichtung bewegt.
Die Mutter kann derart in einem Gehäuse untergebracht sein, dass sie ihre Übertragungsbewegung durch die Drehung der mit einer Schraube verbundenen Steuersäule erhält ; die Mutter ist dann zweckmässig mit einem Schwenkarm verbunden. Die Mutter kann auch am unteren Ende der Steuersäule angebracht sein und die Schraube kann aus einem besonderen Teil bestehen, der in der Längsrichtung des Gehäuses verschiebbar ist und mit einem Ende in die Mutter eingreift, während das andere Ende mit dem Schwenkarm verbunden ist.
In den Zeichnungen ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Fig. 1 zeigt in Seitenansicht und zum Teil im Schnitt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der Pbergangskanal für die Kugeln in der Mutter durch eine in die Mutter eingesetzte Platte verschlossen ist. Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 2a-2a der Fig. 1. Fig. 3 zeigt im Schnitt eine etwas abge- änderte Ausführungsform, bei der die Innenwand des die Mutter aufnehmenden Gehäuses die Aussenseite des Übergangskanals abdeckt. Fig. 4 zeigt im Schnitt eine weitere Ausführungsform der Mutter.
Fig. 5 ist ein Schnitt nach der Linie lla-lla in Fig. 4. Fig. 6 zeigt die Mutter gemäss Fig. 4 und 5 im
<Desc/Clms Page number 2>
Grundriss. Fig. 7 zeigt im Schnitt eine etwas abweichende Ausführungsform der Mutter, sie dient ferner zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung des Übergangskanals und zeigt die Anordnung der Ablenkkörper. Fig. 8 ist ein Teilschnitt durch die Mutter gemäss Fig. 7 und zeigt die Innenfläche des Übergangskanals. Fig. 9 zeigt zum Teil im Schnitt und zum Teil im Aufriss die in Fig. 7 und 8 dargestellte Mutter sowie einen der Ablenkkörper. Fig. 10 und 11 zeigen einen Ablenkkörper in Seitenansicht und Grundriss mit gekrümmten Ablenkflächen. Fig. 12 und 13 zeigen ähnlich wie Fig. 10 und 11 eine weitere Ausführungsform eines Ablenkkörpers.
Fig. 14 zeigt zum Teil im Längsschnitt und zum Teil in Seitenansicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Schraube verschiebbar ist und die Mutter einen Teil der Steuersäule bildet. Fig. 15 ist ein Schnitt nach der Linie 21a-21a in Fig. 14.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird erfindungsgemäss eine zylindrische Mutter 1 verwendet, welche in einem zylindrischen Gehäuse 2 gelagert ist. Im Gehäuse bzw. in der Mutter ist die Steuersäule mit der Schraube 3 drehbar gelagert, sie durchdringt die Mutter, ohne jedoch mit derselben in unmittelbarer Berührung zu stehen. Am Umfang der Schraube und in der Bohrung der Mutter sind schrauben-
EMI2.1
Hälfte von der Mutternut 5 aufgenommen wird. Der Aussendurchmesser der Schraube ist aber kleiner als der Innendurchmesser der Mutter, so dass ein kleiner ringförmiger Spalt zwischen der Mutter und der Schraube vorhanden ist, wenn die Vorrichtung zusammengebaut ist. Vorzugsweise wird nur eine fast Vollständige Windung der Mutternut zur Aufnahme der Kugeln 6 verwendet und Anfang und .
Ende der Windung stehen durch einen Übergangskanal 7 miteinander in Verbindung, der entweder angenähert in der Achse der Schraube oder unter einem Winkel dazu verläuft. Der Kanal hat eine derartige Höhe oder Tiefe, dass die Kugeln durch denselben über die Aussenfläche der Schnecke rollen können. Die Breite des Kanals ist derart bemessen, dass die Kugeln etwas Spielraum haben. Er- findungsgemäss sind Mittel vorgesehen, die die Kugeln zwangsläufig nacheinander in den Übergangs- kanal 7 hineinleiten und aus diesem herausdrängen. Diese Mittel bestehen aus zwei Ablenkkörpern 8 und 9 (welche bei der Ausführungsform gemäss Fig. 4, 5 und 6 deutlich dargestellt sind).
Diese Körper sind derart in der Mutter befestigt, dass ihre Achsen genau oder angenähert tangential zum Steigung- kreis des eine Windung ausfüllenden Kugelsatzes (in axialer Richtung gesehen) gerichtet sind, u. zw. derart, dass die inneren Enden 8a, 9a dieser Zapfen an den Enden des Übergangskanals seitlich in diesen hineinragen. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, sind die Enden der Zapfen um eine Schraubenwindung von- einander getrennt. Die Endflächen 8a und 8b der Körper sind (Fig. 5) so gekrümmt, dass die anführende
Kugel, d. h. die dem zugeordneten Ende des Kanals am nächsten liegende Kugel, veranlasst wird, den Boden der Sehraubennut zu verlassen, der Flanke der Nut zu folgen und sich gegen das andere Ende des Übergangskanals hin zu bewegen.
Diese Bewegung der anführenden Kugel wird dadurch bewirkt, dass durch die Drehung der Schraube 3 sämtlichen Kugeln in der Mutternut eine Drehbewegung erteilt wird, so dass sie sich wie die Ümlaufräder eines epizyklischen Zahnradgetriebes bewegen. Sobald die erste oder anführende Kugel die ausgehöhlte Endfläche des einen Ablenkkörpers erreicht, bewirkt der Druck der nachfolgenden Kugeln, dass sie sich in der beschriebenen Weise bewegen muss. Da die noch in der Mutternut rollenden Kugeln unter der Mitte der ersten Kugel auf diese einwirken, wird diese gehoben und hiedurch wird die Überführung dieser Kugel in den Übergangskanaf vollendet.
Die Kugel wird dann über die ausgehöhlte Endfläche des Ablenkkörpers am andern Ende in die schraubenförmige Bahn zurückgeführt.
Wie ersichtlich, erfolgt die Überführung der Kugeln kontinuierlich. Sobald eine Kugel die Mutternut verlässt, tritt eine andere Kugel, die durch den Übergangskanal gerollt ist, am entgegen- gesetzten Ende desselben in die Mutternut hinein an dem Punkt, an welchem die Windung ihren
Anfang hat. Die Körper 8 und 9 sind genau gleich, je nach Drehrichtung wirkt entweder der linke
Ablenkkörper 8 als Hebe-und Überführungsvorrichtung, während der rechte die Wiedereinführung der Kugeln herbeiführt, oder der rechte Körper 9 als Hebe-und Überführungsvorrichtung, während ) der linke die Kugeln wieder hineinleitet. In dieser Weise werden die Kugeln ununterbrochen und selbsttätig im Kreislauf gehalten, unabhängig von der Drehrichtung der Schraube.
In der Praxis werden eine Windung der Mutternut und ein Teil des Übergangskanals mit
Kugeln gefüllt, wobei zweckmässig ein Zwischenraum von der Grösse einer halben bis einer ganzen
Kugel belassen wird. Vorzugsweise wird eine einzige schraubenförmige Nut verwendet, aber, falls ) erwünscht, können auch mehrere Nuten miteiner entsprechenden Anzahl Ablenkkörper zur Verwendung kommen. In diesem Fall müssen einige der Übergangskanäle nicht nach der Oberfläche der Schraube zu offen sein, sondern müssen so tief in der Mutter liegen, dass sie die dazwischenliegenden Windungen der andern Nuten überqueren können.
Durch diese Anordnung entsteht eine praktisch endlose Reihe von Kugeln, welche in einem Teil der Mutter festgehalten werden, der ungefähr einer Schrauben- ) windung entspricht und sich zwischen den Enden der diese Windung umgebenden Mutter befindet.
Es ist deshalb nicht erforderlich, einen besonderen Käfig zur Aufnahme der Kugeln zu verwenden und die Schraube kann eine unbegrenzte Anzahl Drehungen ausführen, ohne dass die axiale Lage der eine Windung ausfüllenden Kugel beeinflusst wird.
<Desc/Clms Page number 3>
Der Übergangskanal kann, wie in Fig. 1, 2 und 3 gezeigt, aus einem Schlitz bestehen, der die
Wandung der Mutter vollständig durchdringt und von der Innenfläche des zylindrischen Gehäuses 2 (Fig. 3) überdeckt wird. Der Kanal kann auch in dem Material der Mutter, zwischen benachbarten
Nutenwindungen (falls die bevorzugte einzige Schraubennut verwendet wird), hergestellt werden.
Hiebei kann die Decke des Kanals von der Seitenwand der Mutter gebildet werden (Fig. 7,8 und 9).
Die Mutter kann auch, wie in Fig. 4,5 und 6 gezeigt, von aussen durchgefräst werden, worauf der Kanal überdeckt wird, um das Herausfallen der Kugeln zu verhindern. Für das Überdecken des Kanals kann beispielsweise eine Platte 10 (Fig. 1 und 2) verwendet werden, die durch Schrauben befestigt oder, wie bei 11 angedeutet, eingesetzt wird. Wenn eine einzige Schraubennut zur Verwendung kommt, ist die wirksame axiale Länge des Kanals 7 immer angenähert gleich der Steigung der Schraubennut zuzüglich eines Kugeldurchmessers. An den Enden der Deckplatte 10 sind nach unten ragende zweck- mässig geformte Vorsprünge ? vorgesehen, die sich über dem Anfangs-bzw. dem Endpunkt der
Schraubennut befinden.
Die Endflächen dieser Vorsprünge, die zur Führung der aufwärts- bzw. abwärts- steigenden Kugeln dienen, sind derart geformt, dass sie parallel zur Flanke der gegenüberliegenden
Nut verlaufen. Der Abstand zwischen diesen Vorsprüngen und diesen Flanken beträgt ungefähr einen
Kugeldurchmesser. Hiedurch wird die Führung der Kugeln unterstützt, wenn diese unter der Ein- wirkung der Kreisbewegung der belasteten Kugeln bewegt werden.
Falls man wünscht, dass eine Windung der Nut vollständig mit Kugeln ausgefüllt und alle
Kugeln die Belastungen aufnehmen, so wird der Übergangskanal zweckmässig derart im Verhältnis zur Achse der Schraube und der Mutter gerichtet, dass die erste Kugel den Ablenkkörper nicht erreicht, bevor eine schon hinübergerollte Kugel an der Anfangsstelle der Schraubennut ersetzt worden ist.
Wenn der Kanal parallel der Achse der Schraube angeordnet ist, ist die Anzahl der wirksamen
Kugeln um eins kleiner als die Anzahl der Kugeln, die in einer vollen Schraubenwindung Platz haben.
Die Ablenkkörper können eine beliebige geeignete Form haben. Falls erwünscht, können sie in die Mutter eingesetzt werden, sie können hiebei tangential oder auch radial zur Mutter verlaufen.
Die Körper können auch Teile von Endplatten bilden, die auf den Endflächen des mit Gewinde ver- sehenen Teiles der Mutter befestigt werden. Auch können die Zapfen mit diesen Platten zusammen aus einem Stück hergestellt werden. Ferner können Ablenkkörper benutzt werden, die Teile des Kanal- deckels bilden. Bei der in Fig. 4,5 und 6 gezeigten Ausführungsform bestehen die Ablenkkörper aus schwach verjüngten Stiften, deren Achsen tangential zum Teilkreis des eine Schraubenwindung aus- füllenden Kugelsatzes sind. Die inneren Enden der Stifte ragen mit dem halben Durchmesser in das Muttergewinde und mit dem halben Durchmesser in das Schraubengewinde hinein (s.
Fig. 5), aber sie stehen mit keinem der Gewinde und insbesondere nicht mit dem Schraubengewinde in Berührung.
Hieraus ergibt sich, dass der Durchmesser der Stifte kleiner als der Kugeldurchmesser ist. Falls erwünscht, können jedoch die Stifte einen jeden beliebigen passenden Durchmesser haben, wenn nur ihre Enden so geformt sind, dass keine Berührung mit dem Schraubengewinde entsteht. Vorzugsweise werden die Stifte in die Mutter eingetrieben, u. zw. unter einem Winkel zur Achse, der dem Schrauben- winkel des Muttergewindes entspricht. Die ausgehöhlten Endflächen der Stifte erhalten eine derartige
Lage, dass die Kugeln auf sie auftreffen und die anführende Kugel sowie die aus dem Kanal austretende
Kugel von ihnen gesteuert werden.
Fig. 7,8 und 9 zeigen, wie die Ablenkkörper vorteilhaft geformt und angeordnet werden können ; die Figuren erläutern auch ein Verfahren, wie der Übergangskanal innerhalb der Mutter hergestellt werden kann. Bei dieser Ausführungsform sind die Ablenkkörper 8 und 9 der schraubenförmigen
Nut angepasst, so dass sie konzentrisch zwischen der Mutter und der Schraube sitzen und von der schraubenförmigen Nut aufgenommen werden (s. Fig. 9). Bilden die beiden Flankenflächen der Nut 4 der Schraube bzw. der Nut 5 der Mutter einen Winkel von 900 miteinander, so hat der Querschnitt der Ablenkkörper praktisch quadratische Form, wie in Fig. 7 gezeigt, während die Achse der Körper mit der Steigung des Gewindes zusammenfällt.
Die Ecken der Körper sind bei 8c derart abgeflacht, dass ihre Form dem vollständigen Querschnitt der Nuten in der Schraube und der Mutter entspricht. Die beiden Flanken der Körper berühren nicht die Flanken oder den Boden der Schraubennut, sondern haben einen geringen Abstand davon. Jeder Ablenkkörper besitzt einen radialen Zapfen 14, der, wie in Fig. 9 gestrichelt gezeigt, die Mutterwandung vollständig durchdringt und dessen Kopf 14a in eine Aussparung in der Mutterwandung eingenietet ist, so dass der Zapfen unverrückbar festgehalten ist und die beiden oberen Flanken der Körper fest gegen die entsprechenden Flanken der Mutternut anliegen. Die beiden unteren Seiten, die in das Schraubengewinde hineinragen, sind durch einen ganz kleinen Zwischenraum von den entsprechenden Flanken dieses Gewindes entfernt.
Die Zapfen 14 können auch durch Niete ersetzt werden. Diese Niete werden beispielsweise in Bohrungen in den
Körpern und der Mutter eingesetzt. Die Körper können auch in anderer Weise im Muttergewinde oder an einem andern Teil der Mutter befestigt werden, beispielsweise durch Schweissen, Schrauben oder dgl.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4, 5 und 6 liegt die schraubenförmige Nut in der Mitte der Mutter. Wie in Fig. 1, 2 und 3 gezeigt, kann aber die Nut auch an einem Ende der Mutter angebracht sein. Das andere Ende der Mutter erhält dann eine Bohrung 15, die zur Aufnahme des balligen Kopfes
<Desc/Clms Page number 4>
des Zapfens 16 dient. Der Zapfen 16 sitzt im Schwenkarm 17 und dieser auf dem einen Ende der Welle 18, die am andern Ende den Steuerhebel 19 trägt. Die Bohrung 15 kann auch dazu benutzt werden, um den Fräser 20 zur Herstellung des Übergangskanals 7 in Fig. 7 in die Mutter einzuführen. Der Fräser ist hier in gestrichelten Linien dargestellt.
Aus dieser Figur ist zu ersehen, wie der Kanal 7 im Innern der Mutter hergestellt werden kann und dass zur Herstellung des Kanals die Fräser 20 und 21 unter einem Winkel von 450 zur Mutterachse angesetzt werden. Die eine Fräsoperation erfolgt dadurch, dass der Fräser 20 mit dem hgbkugelförmigen Kopf 20a durch die Seitenöffnung 15 in die mit der Mutter zusammenhängende, gewindelose Verlängerung la hineingeführt wird. Der Fräser 20a fräst dann in der Mutter eine Vertiefung, die das eine Ende des Kanals 7 bildet. In entsprechender Weise wird durch Einführen des Werkzeuges 21 unter dem angegebenen Winkel in das offene Ende des mit Gewinde versehenen Teils der Mutter das andere Ende des Durchgangskanals hergestellt.
Die in dieser Weise geformten schrägen Enden 12a entsprechen den nach unten ragenden Vorsprüngen 12 in Fig. 1.
Die Arbeitszonen der beiden Werkzeuge überlappen einander an den Stellen, an welchen sie in die Mutter einschneiden, so dass keine unregelmässigen Stellen in dem Kanal entstehen. Der Kanal erhält eine Breite, die überall gleich dem Durchmesser des Werkzeuges ist. An der Stelle, an welcher der Kanal ausserhalb des Gewindes der Mutter anfängt, ist sein Querschnitt halbkreisförmig (Fig. 9), und da der Kanal das Gewinde in axialer Richtung durchschneidet und halbkreisförmige Enden hat, so dürfte einleuchten, dass die Form des Kanals mit der Form der Kugeln übereinstimmt und dass das Hineinrollen und Herausrollen hiedurch erleichtert wird.
Ein wichtiges Merkmal dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Ablenkkörper 8 und 9 an den Enden des Übergangskanals bogenförmig ausgesparte Flächen 8"und und 9à besitzen, die derart beschaffen sind, dass, wenn die Kugeln die Nut in der Mutter verlassen, die äusserste Ecke dieser Nut den Mittelpunkt für die krummen Flächen 8à und 9a bildet, die in dem gegenüberliegenden Ablenkkörper geformt sind und auf welche die Kugeln auftreffen. Ein weiteres wichtiges Merkmal besteht darin, dass der Halbmesser von der erwähnten Ecke zu den ausgesparten Flächen der Körper 8 und 9 gleich einem Kugeldurchmesser plus einem passenden Spielraum ist. Der Halbmesser kann beispielsweise insgesamt die Länge von 1% bis 1% Kugeldurchmesser haben.
Falls erwünscht, können die wirksamen Flächen der Ablenkkörper aus geraden schrägen Flächen bestehen, welche einen passenden Winkel, vorzugsweise etwa 450, mit der zugehörigen Ecke der Flanke der Mutter in der Seitenwand des in entsprechender Weise abgeschrägten Kanals bilden, so dass die Kugeln leicht in den Kanal hineinrollen können. Wenn statt der blockförmigen Ablenkkörper Stifte. verwendet werden, erhalten die Flächen 8b und 9b dieselbe Form wie die Flächen , 9a der Blöcke 8 und 9, d. h. ohne Rücksicht darauf, ob Stifte, Blöcke oder andere Ablenkkörper verwendet werden, erhalten die wirksamen Flächen derselben, die mit den Kugeln in Berührung kommen, dieselbe Form, um zu bewirken, dass die Kugeln beim Einrollen in den Kanal oder beim Verlassen desselben um die Ecke schwenken.
Die Einzelheiten der Blöcke 8, 9 mit den gekrümmten Flächen , 9à sind in Fig. 10 und 11 dargestellt. Fig. 12 und 13 zeigen eine abgeänderte Ausführungsform, bei welcher die gekrümmten Flächen , 9à beibehalten sind, aber rechtwinklig zu diesen andere Flächen 8", 9c vorhanden sind, welche nach dem Halbmesser der Kugeln gekrümmt sind. Der Zweck dieser Abänderung ist, eine zweite Führungsfläche für die Kugeln an den Flächen 8d, 9à zu bilden, welche zusammen mit den zuletzt erwähnten Flächen die Kugeln bei ihrem Eindringen in den Kanal teilweise umgreifen, aber sie dicht gegen die gegenüberliegende Flanke der Nut halten, ohne ihre Rollbewegung zu behindern.
Da die gekrümmten Flächen 8e, 9" zum Teil dieselbe Wirkung wie die schrägen Enden 12a (Fig. 7) oder die Vorsprünge 12 (Fig. 4) ausüben, können, falls erwünscht, bei dieser Ausführungsform die schrägen Enden 12a oder die Vorsprünge 12 fortgelassen werden und der Kanal 7 kann als ein gerader Schlitz mit quadratischen Enden ausgefräst werden (Fig. 4,5 oder 6). Der Kanaldeckel kann von einer Platte, der Innenfläche der Bohrung im Gehäuse oder dem Material in der Mutter selbst gebildet werden.
Wird die schon beschriebene Bauart verwendet, bei welcher die Innenfläche des zylindrischen Gehäuses den Deckel bzw. äussersten Teil des Kanals bildet, so wird hiedurch die Herstellung bzw. die Bearbeitung des Kanals erleichtert, weil der Fräser in die Peripherie der Mutter unter den zweckmässigen Winkeln zur Achse der Mutter eingesetzt werden kann, die, wie schon beschrieben, den Flankenwinkeln der Schraube und der Mutter entsprechen. Da das Werkzeug auf die Aussenseite der Mutter aufgesetzt wird, ist es also nicht erforderlich, dasselbe durch die Öffnung für den balligen Kopf des Zapfens 16 hineinzuführen.
Der Kanal kann deshalb leicht und rasch hergestellt werden, ohne dass das Arbeiten des Fräsers behindert wird, und mit geeignet geneigten Endflächen, welche zusammen mit den gegenüberliegenden Flanken der Nut in der Mutter den Anfang und das Ende des Kanals bilden.
Die Öffnung, welche in der Oberfläche der Mutter entsteht, wenn der Fräser hineindringt, wird nach dem Zusammenbau der Teile durch die Innenseite der zylindrischen Bohrung in dem Gehäuse 2 verdeckt, in welchem die Mutter kolbenartig verschiebbar gelagert ist. Die Länge der Aussendurchmesser der Schraube und der Mutter sind derart bemessen, dass der Abstand von dem Umfang der Schraube bis zur Innenseite der Bohrung des Gehäuses 2 gleich ist einem Kugeldurchmesser zuzüglich etwas Spielraum, um es den Kugeln zu ermöglichen, frei über die Schraube zu rollen. Die Breite des Kanals, d, h. der Fräserdurchmesser, ist ebenfalls gleich einem Kugeldurchmesser zuzüglich etwas
<Desc/Clms Page number 5>
Spielraum.
In diesem Fall ist es nicht notwendig, dass die Fräser halbkugelförmige Enden haben, da sie quer durch die Mutterwandung, beispielsweise bis zur Achse der Mutter, dringen können, so da die Enden der Fräser von dem Material der Mutter gänzlich frei sind.
Die Erfindung ist nicht nur in Verbindung mit Lenkvorrichtungen verwendbar, bei denen die Mutter durch eine Schraube bewegt wird. Wie aus Fig. 14 und 15 ersichtlich, kann die Mutter 1 auf der Steuersäule 3 befestigt und eine kurze Schraube 22 in axialer Richtung durch die Mutter geführt werden. Die Kugeln 6 und der Übergangskanal 7 werden auch bei dieser Ausführungsform in einer der beschriebenen Weisen angeordnet. Die axiale Länge der Schraube 22 braucht unter normalen Umständen nur wenige Zoll zu betragen, d. h. die Schraube muss um einen geringen Betrag länger sein als der Bogen, den das äussere Ende des Schwenkarmes 17 von einer bis zur andern Endstellung zurücklegen muss zuzüglich der axialen Länge der Mutter.
Die Schraube kann an einem Ende mit einem verhältnismässig kurzen zylindrischen Kopf 22a versehen sein, der beispielsweise mit der Schraube zusammen aus einem Stück hergestellt ist. Am Umfang des Kopfes 22a ist eine radiale Bohrung 23 vorhanden, die den balligen Kopf des Zapfens 16 aufnimmt. Der zylindrische Kopf ersetzt in diesem Falle eine zylindrische Mutter, welche sich in der Axialrichtung bewegen kann. Der Teil 22a ist vorzugsweise hohl und bildet eine flanschenähnliche Erweiterung an einem Ende der mit ihm gleichachsigen Schraube. Dieser Kopf oder Flansch ist derart in dem zylindrischen Gehäuse 2 angeordnet, dass er sich in der Längsrichtung verschieben und Teilumdrehungen ausführen kann.
Durch die bogenförmige Bewegung des Schwenkarmes wird der zylindrische Teil 22a veranlasst, eine Teilumdrehung auszuführen, er ist deshalb wie ein Lager oder ein Kolben in dem Gehäuse untergebracht. Der Kopf des erwähnten Zapfens braucht nicht vollkommen kugelförmig zu sein, da nur ein Teil der Kugelfläche in die zugehörige Wand des zylindrischen Teiles 22a hineingreift. Die Schraube kann eine axiale Bohrung zur Aufnahme von Steuerorganen od. dgl. erhalten.
Die Mutter 1 besteht aus einem kurzen zylindrischen Körper. Die axiale Länge braucht nur um ein Geringes grösser zu sein als erforderlieh ist, um die in eine Schraubenwindung unterzubringende Anzahl der Kugeln 6 aufzunehmen. Die Mutter wird in dem Gehäuse von einem Kugellager od. dgl. aufgenommen, welches gleichzeitig als doppelseitiges Drucklager wirkt. Das Lager kann beispielsweise aus einer einzigen Reihe von Kugeln 24 bestehen, welche in eine Nut am Umfang der Mutter eingreifen und zwischen zwei Laufringen 25 rollen, welche genau in eine ringförmige Aussparung im Gehäuse eingepasst sind.
Falls erwünscht, kann auch ein doppeltes Drucklager verwendet werden, welches zwei Reihen von Kugeln besitzt, die beispielsweise gegen abgeschrägte oder ausgesparte ringförmige Flächen an den Enden oder an andern Teilen der Mutter anliegen und von entsprechend geformten Ringen festgehalten werden, welche in das Gehäuse eingepasst sind. Das Lager bzw. die Lager für die Mutter können dadurch festgehalten werden, dass ein zylindrisches Gehäuse verwendet wird, welches aus zwei Teilen 2c, 2d besteht, die an der Lagerstelle der Mutter mit ihren Enden gegeneinandergepresst werden.
Erforderliche Einstellungen dieser Gehäuseteile im Verhältnis zum Lager können beispielsweise durch Einlegen von Zwischenlagscheiben herbeigeführt werden. Auf der oberen ringförmigen Seite der Mutter 1 ist eine kurze zylindrische Verlängerung lb vorhanden, die das untere Ende der inneren Lenksäule 3 aufnimmt. Die erforderliche Befestigung kann durch Nieten 3a oder auf andere Weise erfolgen.
Das untere Ende der Steuersäule kann in der dargestellten Weise erweitert oder vergrössert sein, falls ihr Innendurchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Schraube. Diese Erweiterung muss eine solche Länge haben, dass sie imstande ist, die Schraube aufzunehmen, wenn diese vollständig in die Lenksäule hineingeschraubt ist. Dies ist der Fall, wenn die Lenkvorrichtung sich in der nach Fig. 1 und 14 rechts liegenden Endstellung befindet. Der untere zylindrische Teil des Gehäuses 2 weist einen kastenähnlichen Körper 25 auf, der zur Aufnahme des Schwenkarmes dient. In diesem Kasten ist ferner ein bogenförmiger Schlitz 26 vorgesehen, durch welchen der Kopf 16 in die radiale Bohrung 23 in dem zylindrischen Schraubenkopf hineinragt.
Die Spindel 18 des Schwenkarmes ist in einer quer verlaufenden röhrenförmigen Erweiterung 18a des Gehäuses untergebracht und liegt in bekannter Weise unter dem zylindrischen die Schraube aufnehmenden Teil des Gehäuses, mit welchem sie einen rechten Winkel bildet.
Die zuletzt beschriebene Ausführungsform besitzt den Vorteil, dass die Belastungsfähigkeit der eine Schraubenwindung bildenden Kugeln durch Erhöhung der Durchmesser der Kugeln vergrössert werden kann, ohne dass die hiemit verbundene Vergrösserung des Unterschiedes zwischen den Steigungswinkeln der schraubenförmigen Aussparungen in der Mutter und in der Schraube den Wirkungsgrad der Vorrichtung nachteilig beeinträchtigt. Es dürfte einleuchten, dass je grösser der Kugeldurchmesser ist, desto kleiner wird der Steigungswinkel der Mutter im Verhältnis zu dem der Schraube.
Bei den eingangs beschriebenen Steuervorrichtungen, bei welchen die Steuersäule an der Schraube befestigt ist, werden Stösse, die von dem nach unten ragenden Arm 19 auf den Zapfen mit dem kugelförmigen Kopf 16 übertragen werden, sich über die Kugeln zu der Schraubennut der Schraube fortpflanzen, wodurch auch Stösse im Lenkrad auftreten werden. Die Stärke dieser Stösse wächst proportional mit der Zunahme des Steigungswinkels der Schraube und ist nicht von dem Steigung- winkel der Mutter abhängig. Bei der vorliegenden Ausführungsform der Vorrichtung ist aber die steuersäule mit dem Teil (d. h. der Mutter) verbunden, welcher auf Grund seines kleineren Steigungswinkels
<Desc/Clms Page number 6>
weniger Neigung zeigt, sich unter der Einwirkung des nach unten ragenden Armes 19 zu drehen.
Die Tatsache, dass die Mutter deshalb stärkeren Axialstössen oder Belastungen ausgesetzt ist, ist unwichtig, da die Axialbelastung von dem Drucklager bzw. den Drucklager aufgenommen wird und die Mutter eine derartige Lagerung in dem Gehäuse hat, dass das Lenkrad nicht beeinflusst wird. Es ist deshalb ein wichtiges Merkmal der Erfindung, dass der mit Gewinde versehene Teil, welcher den kleineren
Schraubenwinkel hat, verwendet wird, um die Stösse aufzufangen, die sonst auf das Lenkrad einwirken würden.
Ein weiterer Vorteil der Konstruktion ist, dass der Teil, welcher den grösseren Steigungwinkel hat, d. h. die Schraube zum Antrieb der Steuermittel verwendet wird, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird und die Möglichkeit gegeben ist, eine Lenkung zu verwenden, bei welcher das Ver- hältnis"Steuerrad zu den vorderen Wagenrädern"grösser als sonst ist, d. h. die Anzahl Drehungen des Lenkrades von einer Sperrstellung zur andern kann verringert werden ; gleichzeitig vermeidet man die Übertragung von Stössen von der Fahrbahn zum Lenkrad. Die Übertragung derartiger Stösse kann bei andern Lenkvorrichtungen nur dadurch Vermieden werden, dass Übersetzungsverhältnisse verwendet werden, die sehr niedrig sind und den Nachteil haben, dass die Anzahl Drehungen des Lenk- rades von einer Sperrstellung zur andern sehr hoch ist.
Wenn vorliegende Erfindung bei Lenkvorrichtungen verwendet wird, bei welchen die Mutter sich drehen, aber keine Axialbewegung in dem zylindrischen Gehäuse ausführen kann, so entsteht der Vorteil, dass die Schraube an jedem Ende durch Lagerflächen gestützt wird, von denen die eine, welche sich verhältnismässig rasch dreht, von den Kugeln gebildet wird, während die andere aus dem glatten Lager des Kopfes 22a in der Gehäusebohrung besteht. Dieses Lager ist nur kleinen langsamen
Verschiebungen und Teilumdrehungen ausgesetzt. Eine derartige Anordnung ist vorteilhaft, wenn die
Schraube, wie beschrieben, einen Kopf besitzt, der eine Aussparung enthält, welche den kugelförmigen
Kopf des von dem Schwenkarm herausragenden Zapfens unmittelbar aufnimmt.
Hiedurch werden nämlich die bisher erforderlichen schwierigen Einstellungen der Mutter, der Schraubenwelle und des
Gehäuses, um eine genaue Konzentrizität zu erhalten, stark vereinfacht. Da die Schraube in der
Mutter nur von dem in der Axialrichtung verhältnismässig kurzen Abschnitt gestützt wird, der nur eine einzige Schraubenwindung von Kugeln enthält, werden auch die Reaktionsbeanspruchungen wirksamer als bisher zwischen Mutter und Gehäuse aufgefangen, weil die Länge des Flansches oder ! topfes 22a der Schraube, der in dem zylindrischen Gehäuse gelagert ist, so viel gekürzt werden kann, dass ein gewisses "Festklemmen" zugelassen werden kann, wenn Reaktionsstösse an dem mit dem
Schwenkarm verbundenen und den Kugelkopf besitzenden Zapfen auftreten.
Diese Ausführungsform der Erfindung hat, kurz zusammengefasst, die folgenden Merkmale :
Das Lenkrad ist mit einer Mutter verbunden, die sich drehen kann, aber nicht in der Längsrichtung verschiebbar ist. Die Mutter umschliesst eine kurze Schraube und steht durch Stahlkugeln oder andere
Rollkörper mit dieser in Verbindung. Das andere Ende der Schraube besitzt eine kopfähnliche Er- weiterung, die wie ein Kolben in der zylindrischen Bohrung Verschiebbar ist und bei jeder beliebigen
Lage der Lenkvorrichtung am Drehen durch einen Zapfen mit kugelförmigem Kopf verhindert wird, der in eine radiale Öffnung in der Erweiterung der Schraube hineinragt. Der Zapfen mit dem kugel- förmigen Kopf ist in bekannter Weise mit einem Schwenkarm, einer Schwenkwelle und einem nach unten ragenden Arm verbunden.
Wenn das Lenkrad gedreht wird, wird die Schraube durch die Mutter in der Längsrichtung verschoben und dreht den Schwenkarm um die Achse der Schwenkwelle, auf welcher der übliche nach unten ragende Arm sitzt.
Es dürfte einleuchten, dass bei den beschriebenen Ausführungsformen der Übergangskanal anstatt in der Mutter in der Schraube angeordnet werden kann. Die Mutter muss dann in der Axial- riehtung so weit verlängert werden, dass die notwendige Axialverschiebung ermöglicht wird. Bei einer derartigen Abänderung ist es vorteilhaft, die Blöcke 8, 9 zu verwenden, die in der Sehraubennut befestigt sind und mit etwas Spiel an den Flanken der Mutternut anliegen. Auch bei einer solchen
Anordnung können sowohl die Mutter wie die Schraube benutzt werden, um Verschiebungen, Dreh- bewegungen oder andere Bewegungen an einen Sehwenkarm od. dgl. zu übertragen, der mit den Wagenrädern in Verbindung steht.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge, bestehend aus Schraube und Mutter, bei der in der
Mutter schraubenförmige Nuten von gleicher Ganghöhe wie in der Schraube angebracht und Schraube und Mutter durch in die schraubenförmigen Nuten eingesetzte Kugeln gekuppelt sind und in der
Mutter mindestens ein Kanal angebracht ist, der eine Bewegung der Kugeln längs einer geschlossenen , Bahn ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass der zwei benachbarte Gewindegänge verbindende
Kanal (7) zur Schraube (3) zu offen ist, so dass die Flanken und die Rückenfläche eines Gewinde- ganges (4) des Schraubengewindes die untere Begrenzung des Kanals bilden.