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Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
KR 10 1996 012 220 B1 ist ein solches gattungsgemäßes Lenkgetriebe bekannt.
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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 veränderndes 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 C2 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 C2 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 C2 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 Patentanspruchs 1 gelöst.
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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 erfindungsgemäß 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. In 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 8 der Lenkstange 7 gesehen umlaufendes Zahnmodul 14 so ausgeführt ist, dass ein sich in Umfangsrichtung 8 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 8 gesehen ringförmiger Zahn in Form einer geschlossenen stetigen Kurve mit in Längsrichtung 9 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 9 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 9 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 Gängen 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 ist. 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. In dem sich dann anschließenden Seitenbereich 17 kann der Abstand der Gänge 18 wieder größer werden.
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Wie 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 9 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 9 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.
