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Die
Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe, insbesondere für ein
Kraftfahrzeug, das eine Lenksäule mit einem Lenkritzel
und eine Lenkstange mit einer Verzahnung aufweist, wobei das Lenkritzel
mit der Verzahnung kämmt, und wobei die Lenkstange in Umfangsrichtung
gesehen verdrehbar und in einer Längsrichtung verschiebbar
ist, und wobei das Lenkgetriebe ein sich änderndes Übersetzungsverhältnis aufweist.
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Die
EP 1 878 636 A2 betrifft
ebenfalls ein Lenkgetriebe für Fahrzeuge, mit einem sich
mit der Lenkraddrehung ändernden Übersetzungsverhältnis, bei
dem ein Lenkritzel mit einer Lenkzahnstange kämmt und die
Zahnstangenbewegung auf die zu lenkenden Räder übertragbar
ist, wobei der Abstand zwischen der Drehachse und dem Außenradius
des Lenkritzels veränderlich einstellbar ist. Das Lenkritzel und
die Lenkzahnstange sind mit einer Schrägverzahnung versehen.
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Insofern
ist es im Stand der Technik bekannt Lenkzahnstangen mit einer Verzahnung
zu versehen, welche ein sich verändernden Übersetzungsverhältnis
zwischen dem Lenkritzel und der Lenkzahnstange hat, wenn sich die
Zahnstange lenkradeinschlagbedingt in ihrer Längsrichtung
verschiebt. Insofern wird dem Fahrer je nach Lenkradeinschlag ein
unterschiedliches Übersetzungsverhältnis zur Verfügung
gestellt. Nachteilig ist dabei aber, dass dies lediglich in Abhängigkeit
des Lenkradeinschlages geschieht.
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Die
DE 29 52 439 offenbart eine
Zahnstangenlenkung für Fahrzeuge, bei der eine Übersetzungsänderung über
den Lenkeinschlag dadurch erreicht wird, dass Ritzel und Zahnstange
schräg verzahnt sind. Der Zahnstange wird bei ihrer axialen
Bewegung durch Führungsmittel eine Drehbewegung um ihre
Längsachse überlagert. Um eine bei geringen Herstellungskosten
und geringem Bauraumbedarf des Lenkgetriebes robuste Zahnstangenlenkung zu
erhalten, schlägt die
DE
29 52 439 vor, dass die Führungsmittel durch die
in die Zahnstangenverzahnung eingreifenden Zähne des zylindrischen
Ritzels gebildet werden, und die Verzahnung der Zahnstange unter
Freilassung unverzahnter Teile der Mantelfläche schraubenlinienförmig
in die Zahnstange eingeschnitten ist. Damit soll die Stabilität bei
Geradeausfahrt und der Lenkwirkungsgrad bei Fahrt mit geringer Geschwindigkeit
sowie beim Parken verbessert werden. Als ein Hauptnachteil der Lenkstangenverzahnung
gemäß der
DE
29 52 439 ist anzusehen, dass diese als Flachverzahnung
in der Art einer Helix ausgeführt ist. Diese Flachverzahnung
ist besonders kompliziert und kostenintensiv herstellbar.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Lenkgetriebe der
Eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln so zu verbessern, dass
eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses
mit einer einfach und somit preiswerter herzustellenden Lenkstangenverzahnung
erreichbar ist.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch ein Lenkgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst, wobei die Verzahnung der Lenkstange als in Umfangsrichtung
der Lenkstange gesehen umlaufendes Zahnmodul so ausgeführt
ist, dass ein sich in Umfangsrichtung des Zahnmoduls gesehen variabel änderndes Übersetzungsverhältnis
zwischen dem mit der Verzahnung kämmenden Ritzel und der
Verzahnung gebildet ist wobei ein jeder Gang des Zahnmoduls sich
in Umfangsrichtung gesehen stufenlos ändernd ausgeführt
ist.
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Mit
der Erfindung wird vorteilhaft erreicht, dass das Übersetzungsverhältnis
unabhängig von dem Lenkeinschlag frei wählbar
ist. Dies bedeutet, dass sich das Übersetzungsverhältnis
zwischen dem mit der Verzahnung kämmenden Ritzel und der
Verzahnung unabhängig von einer Längsverschiebung der
Lenkstange frei wählbar an die jeweilige Fahrsituation
anpassen läßt, also dass bei einer bestimmten
Stellung der Lenkstange das Übersetzungsverhältnis
geändert wird, ohne die Position der Lenkstange in ihrer
Längsrichtung zu verändern.
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Insofern
wird vorteilhaft ein sich in Drehrichtung der Lenkstange variabel
einstellbares Übersetzungsverhältnis erreicht.
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Zweckmäßig
im Sinne der Erfindung ist dabei, dass sich das Zahnmodul bzw. bevorzugt
jeder Gang in Umfangsrichtung gesehen stufenlos ändert.
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Günstiger
Weise ist das Zahnmodul als in Umfangsrichtung gesehen ringförmiger
Zahn in form einer geschlossenen stetigen Kurve mit in Längsrichtung
gesehen aufeinander folgenden Gängen ausgeführt.
Damit ist vorteilhaft eine herstellungsintensive Flachverzahnung
vermieden. Vielmehr wird mit dem erfindungsgemäßen
Zahnmodul eine umlaufende, also in Umfangsrichtung nicht unterbrochene
Verzahnung bereitgestellt, mit welcher das Lenkritzel kämmt.
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Das
Zahnmodul weist in bevorzugter Ausführung einen Mittelbereich
und sich daran jeweils anschließende Seitenbereiche auf,
wobei besonders vorteilhaft ist, dass das Zahnmodul sowohl in dem Mittelbereich
als auch in den Seitenbereichen in Umfangsrichtung so ausgeführt
ist, dass die jeweils gewünschten Übersetzungsverhältnisse
zwischen dem mit der Verzahnung kämmenden Ritzel und der
Verzahnung in diesen Bereichen unabhängig voneinander variabel
wählbar sind, ohne die Position der Lenkstange in ihrer
Längsrichtung zu verändern. Natürlich
muss die Lenkstange in Längsrichtung verschoben werden,
damit das Ritzel mit den jeweiligen Seitenbereichen des Zahnmoduls
kämmen kann. Eine unveränderte bzw. weitgehend
unveränderte Position der Lenkstange zur variablen Veränderung des Übersetzungsverhältnisses
bezieht sich im Sinne der Erfindung also auf den Zustand, dass die Lenkstange
gemäß dem Lenkradeinschlag verschoben ist, aber
zum freien Wählen des Übersetzungsverhältnisses
nicht weiter verschoben werden muss.
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Das Übersetzungsverhältnis
kann auch als c-Faktor bezeichnet werden. Günstig ist im
Sinne der Erfindung, wenn der c-Faktor im Mittelbereich einen Betrag
zwischen 40 bis 70 und in den Seitenbereichen jeweils einen Betrag
zwischen 30 bis 40 aufweist. Ein c-Faktor mit einem Betrag von 30
zum Beispiel ist ein im Sinne der Erfindung kleiner c-Faktor, wobei
ein c-Faktor mit einem Betrag vom 70 ein im Sinne der Erfindung
großer c-Faktor ist. Ein kleiner c-Faktor ist bei hohen
Fahrgeschwindigkeiten vorteilhaft, wobei ein großer c-Faktor
bei geringen Fahrgeschwindigkeiten vorteilhaft ist.
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Vorteilhaft
ist mit den bezüglich unterschiedlicher c-Faktoren ausgeführten
Bereichen in jeder Position der Lenkstange (Mittelbereich, Seitenbereich
= voller Lenkausschlag) in ihrer Längsrichtung gesehen
ein in Grenzen frei wählbarer c- Faktor einstellbar, welcher
besonders vorteilhaft stufenlos zwischen einem Minimalwert und einem
Maximalwert einstellbar ist, und zwar unabhängig von einer
Längsverschiebung der Lenkstange.
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Zum
Verdrehen der Lenkstange ist ein Aktuator vorgesehen, welcher mit
einer Längsverzahnung, die in Längsrichtung der
Lenkstange gesehen beabstandet zum Zahnmodul angeordnet ist, zusammenwirkt.
Der Aktuator ist in bevorzugter Ausgestaltung ortsfest zur Lenkstange
montiert, wobei die Lenkstange in ihrer Längsrichtung natürlich
beweglich bleibt. Mittels des Aktuators kann die Lenkstange so stufenlos
in die gewünschte Position verdreht werden, um das gewünschte Übersetzungsverhältnis zwischen
dem mit dem Zahnmodul kämmenden Ritzel und dem Zahnmodul
einzustellen. Bevorzugter Weise ist der Aktuator als Zahnrad mit
Innenverzahnung ausgeführt, welches die Lenkstange vollumfänglich
umfaßt, wobei dessen Zähne in die Längsverzahnung
so eingreifen, dass die Lenkstange zwar verdrehbar, aber längsverschiebbar
ist. Natürlich kann der Aktuator auch andere Ausführungen
aufweisen, welche sich zum Verdrehen der Lenkstange bei gleichzeitiger
Verschiebbarkeit der Lenkstange eignen.
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Das
umlaufende Zahnmodul kann so ausgeführt sein, dass seine
jeweils benachbarten Gänge in Längsrichtung der
Lenkstange gesehen jeweils gleich beabstandet sind. Natürlich
können die jeweils benachbarten Gänge des Zahnmoduls
aber auch einen unterschiedlichen Abstand zueinander aufweisen.
So kann der Abstand eines ersten Ganges zu einem zweiten Gang, welcher
zu dem ersten Gang benachbart ist, kleiner oder größer
sein, als der Abstand des zweiten Ganges zu einem zum zweiten Gang
benachbarten dritten Gang. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist
vorgesehen, dass der Abstand von jeweils benachbarten Gängen
von dem einen Seitenbereich in Richtung zum Mittelbereich kleiner
wird. Im Mittelbereich kann der Abstand der Gänge von einem sich
an den genannten Seitenbereich anschließenden Außenbereich
in Richtung zum gegenüberliegenden anderen Außenbereich
gleich bleibend sein, oder kleiner oder größer
werden. Im dem sich dann anschließenden Seitenbereich kann
der Abstand der Gänge wieder größer werden,
kleiner werden oder gleich bleibend sein. Natürlich sind
hier alle denkbaren Ausgestaltungen bezüglich der Abstände
der jeweiligen Gänge denkbar.
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Weiter
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:
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1 eine
skizzenhafte Darstellung eines Lenksystems mit einem Lenkgetriebe,
und
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2 eine
Vergrößerung einer erfindungsgemäßen
Verzahnung auf einer Lenkstange.
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1 zeigt
ein Lenksystem 1 eines Fahrzeuges. Das Lenksystem 1 weist
ein Lenkgetriebe 2 mit einem an einer Lenksäule 3 angeordneten
Lenkritzel 4 auf. Das Lenkritzel 4 kämmt
mit einer Verzahnung 6, welche an einer Lenkstange 7 angeordnet
ist. Die Lenkstange 7 ist in Umfangsrichtung gesehen verdrehbar
(Doppelpfeil 8) und in einer Längsrichtung verschiebbar
(Doppelpfeil 9), wobei das Lenkgetriebe 2 ein
sich änderndes Übersetzungsverhältnis
des mit der Verzahnung 6 kämmenden Lenkritzels 4 aufweist.
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Die
Lenkstange 7 weist beabstandet zur Verzahnung 6 eine
Längsverzahnung 11 auf, die mit einem Aktuator 12 so
zusammenwirkt, dass die Lenkstange 7 in Umfangrichtung
(Doppelfeil 8) verdrehbar ist.
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Die
Lenkstange 7 ist in bekannter Art beidseitig jeweils mit
einem Achsschenkelbolzen 13 verbunden, um die Drehbewegungen
der Lenksäule 3 auf lenkbare Räder des
Fahrzeuges zu übertragen.
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In 2 ist
eine vergrößerte Darstellung der Verzahnung 6 gezeigt,
wobei die Darstellung natürlich nicht maßstabsgerecht
ist. Die Verzahnung 6 der Lenkstange 7 ist als
in Umfangsrichtung der Lenkstange 7 gesehen umlaufendes
Zahnmodul 14 so ausgeführt ist, dass ein sich
in Umfangsrichtung des Zahnmoduls 14 gesehen variabel veränderbares Übersetzungsverhältnis
zwischen dem mit der Verzahnung 6 kämmenden Lenkritzel 4 und
der Verzahnung 6 gebildet ist.
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Die
Verzahnung 6 bzw. das Zahnmodul 14 weist einen
Mittelbereich 16 und sich jeweils seitlich daran anschließende
Seitenbereich 17 auf. Das Zahnmodul 14 ist als
in Umfangsrichtung gesehen ringförmiger Zahn in form einer
geschlossenen stetigen Kurve mit in Längsrichtung gesehen
aufeinander folgenden Gängen 18 ausgeführt.
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Das Übersetzungsverhältnis
kann auch als c-Faktor bezeichnet werden. In dem Mittelbereich 16 weist
die Verzahnung 6 bzw. das Zahnmodul 14 zum Lenkritzel
einen c-Faktor in einem Bereich von beispielsweise 40 bis 70 auf.
In den jeweiligen Seitenbereichen 17 kann ein c-Faktor
beispielhaft in einem Bereich von 30 bis 40 vorliegen.
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Zum
Verdrehen der Lenkstange 7 ist der Aktuator 12 vorgesehen,
welcher mit einer Längsverzahnung 11, die in Längsrichtung
der Lenkstange 7 gesehen beabstandet zum Zahnmodul 14 angeordnet
ist, zusammenwirkt. Der Aktuator 12 ist in bevorzugter
Ausgestaltung ortsfest zur Lenkstange 7 montiert, wobei
die Lenkstange 7 in ihrer Längsrichtung natürlich
beweglich bleibt. Mittels des Aktuators 12 kann die Lenkstange 7 so
stufenlos in die gewünschte Position verdreht werden, um
das gewünschte Übersetzungsverhältnis
zwischen dem mit dem Zahnmodul 14 kämmenden Lenkritzel 4 und
dem Zahnmodul 14 einzustellen. Beispielhaft ist der Aktuator 12 als
Zahnrad mit Innenverzahnung ausgeführt, welches die Lenkstange 7 im
Bereich der Längsverzahnung 11 vollumfänglich
umfaßt, wobei dessen Zähne in die Längsverzahnung 11 so
eingreifen, dass die Lenkstange 7 zwar verdrehbar, aber
längsverschiebbar ist.
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Wie
in 2 dargestellt, weist das umlaufende Zahnmodul 14 jeweils
benachbarte Gänge 18 auf, die in Längsrichtung
der Lenkstange 7 gesehen einen unterschiedlichen Abstand
zueinander aufweisen. Die jeweiligen Gänge 18 sind
in Umfangsrichtung gesehen durchgehend, also nicht unterbrochen. So
ist der Abstand eines ersten Ganges 22 zu einem zweiten
Gang 23, welcher zu dem ersten Gang 22 benachbart
ist, größer als der Abstand des zweiten Ganges 23 zu
einem zum zweiten Gang 23 benachbarten dritten Gang 24.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Abstand
von jeweils benachbarten, beispielhaften Gängen 22, 23, 24 von
dem einen Seitenbereich 17 in Richtung zum Mittelbereich 16 kleiner
werdend ausgeführt. Im Mittelbereich 16 kann der
Abstand der Gänge 18 von einem sich an den genannten
Seitenbereich 17 anschließenden Außenbereich
des Mittelbereiches 16 in Richtung zum gegenüberliegenden
anderen Außenbereich des Mittelbereiches 16 wie
in 2 dargestellt gleich bleibend sein, oder kleiner
oder größer werden. Im dem sich dann anschließenden
Seitenbereich 17 kann der Abstand der Gänge 18 wieder
größer werden.
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Wir
der 2 zu entnehmen ist, können die einzelnen
Gänge 18 in der gewählten Ansicht geradlinig,
aber bezogen auf eine Mittelachse X der Lenkstange 7 leicht
geneigt verlaufend sein. Die Gänge 18 können
aber auch einen kurvenartigen Verlauf aufweisen, was beispielhaft
bei den mit 26 und 27 bezeichneten Gängen 18 dargestellt
ist.
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Natürlich
sind die einzelnen Gänge 18 bzw. ist das Zahnmodul 14 so
ausgeführt, dass das Lenkritzel 4 stets mit der
Verzahnung 6 kämmt. Insofern wird vorteilhaft
ein Lenkgetriebe 2 zur Verfügung gestellt, welches
ein sich veränderbares Übersetzungsverhältnis
aufweist, ohne dass die Lenkstange 7 erheblich verschoben
werden müßte. Natürlich wird die Lenkstange 7 bei
vollem Lenkeinschlag in Längsrichtung gesehen verschoben.
Um nun aber ein bestimmtes, frei wählbares Übersetzungsverhältnis
einzustellen, welches der jeweiligen Fahrsituation entsprechend
einstellbar ist, muß die Lenkstange 7 nicht wesentlich
in Längsrichtung verschoben werden. Vielmehr bewirkt der
Aktuator 12 eine Verdrehung der Lenkstange 7 um
ihre Mittelachse X, so dass das Übersetzungsverhältnis
in dem jeweiligen Bereich (Mittelbereich 16, Seitenbereiche 17)
zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert einstellbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1878636
A2 [0002]
- - DE 2952439 [0004, 0004, 0004]