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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkgetriebeanordnung, für
ein Kraftfahrzeug gemäß der im Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
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Lenkgetriebeanordnungen
werden in Kraftfahrzeugen vielfältig eingesetzt. Heutige
Zahnstangenlenkungen in Kraftfahrzeugen weisen ein annähernd
lineares Verhalten von Lenkradeingangswinkel zum Spurstangenweg
auf. Bekannt sind auch Lenkgetriebe mit Zahnstangen, die eine veränderliche
Teilung aufweisen, so dass eine gewisse eingeschränkte
Progression zwischen Lenkradeingangswinkel und Spurstangenweg ermöglicht
ist. Ferner ist auch eine so genannte Aktivlenkung bekannt. Diese
ist mittels eines fremdbetätigten Überlagerungsgetriebes
in der Lage, die Übersetzung zwischen Drehwinkel des Lenkrads
und Spurstangenweg sowohl progressiv als auch degressiv zu verändern.
Allerdings ist hierzu ein erhöhter Aufwand für
einen unbedingt erforderlichen elektrischen Antrieb und eine elektronische Steuerung
inklusive Fehlerabsicherung notwendig.
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Aus
der Druckschrift
DE
102 25 089 B4 ist eine Vorrichtung zur Dämpfung
und/oder Beschleunigung einer Verschiebe- oder Schwenkbewegung von Bauteilen
im Innenraum von Kraftfahrzeugen bekannt. Diese weist ein Zahnrad
mit einer schraubenlinienförmig verlaufenden Verzahnung
auf, das mit einer Zahnstange in Eingriff steht. Nachteilig ist
bei dieser Ausgestaltung, dass die Verzahnung des Zahnrades mit
alternierender Steigung ausgebildet ist. Die ist aufwändig
in der Herstellung und erfordert eine entsprechend ebenfalls aufwändig
hergestellte Zahnstange mit einem an die Verzahnung angepassten Verlauf
der Verzahnung des Zahnrades.
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Beispielsweise
aus der Druckschrift
WO 2006/
079 492 A1 ist ein progressives Getriebe für ein
Fahrzeug bekannt. Das Getriebe umfasst mehrere Zahnräder,
die mit einem Zahngebilde in Form einer Zahnstange in Eingriff sind.
Die Zahnräder weisen Zähne auf, welche entlang
einer Kurve angeordnet sind. Die Kurve besitzt einen Krümmungsradius, welcher über
einen Winkeltriebbereich von mehr als 90° der Kurve monoton
ansteigt. Somit verändern die Zahnräder ihren
Radius entlang des Umfanges und sind demzufolge keine runden Zahnräder.
Diese konstruktive Ausgestaltung ist fertigungstechnisch aufwändig
und kostenintensiv.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Lenkgetriebeanordnung
der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, welche in beiden
Drehrichtungen eine stark progressive Übersetzung ermöglicht
und zudem einfach aufgebaut sowie kostengünstig herstellbar
ist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte
Weiterbildungen aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen
ergeben.
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Demnach
wird eine Lenkgetriebeanordnung für ein Fahrzeug mit zumindest
einer lenkradsseitig angetriebenen Welle vorgeschlagen, welche mehrere
Verzahnungen aufweist, die jeweils mit zumindest einem zugeordneten
Zahnstangenabschnitt oder dergleichen koppelbar sind, wobei jeder
Zahnstangenabschnitt zum Übertragen einer Lenkbewegungen
radseitig gekoppelt ist. Erfindungsgemäß können
die etwa kreisförmig ausgebildeten Verzahnungen an der
Welle derart exzentrisch oder dergleichen angeordnet sein, dass
die Teilkreisdurchmesser von benachbarten Verzahnungen zumindest
abschnittsweise identisch sind. Somit wird eine nichtlineare Lenkung
für ein Kraftfahrzeug besonders einfach und kostengünstig
realisiert, mit der eine in der Mittenstellung präzise
und feinfühlige Lenkung ermöglicht wird und insgesamt
der notwendige Drehwinkel von Anschlag zu Anschlag reduziert wird.
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Aufgrund
der rotationssymmetrischen Geometrie der Verzahnungen ist die vorgeschlagene Lenkgetriebeanordnung
besonders einfach und kostengünstig herzustellen. Zudem
kann der Wirkbereich bzw. Lenkbereich durch die Anzahl der verwendeten
Verzahnungen beliebig erweitert werden, so dass eine Beschränkung
auf einen Winkelbereich von +/–180° bei der erfindungsgemäßen
Lenkeranordnung nicht gegeben ist. Da die Teilkreisdurchmesser der
benachbarten Verzahnungen zumindest abschnittsweise identisch sind,
kann an diesen Abschnitten ein Wechsel bei der Drehmomentübertragung
von der einen Verzahnung zur anderen Verzahnung erfolgen, um somit
eine kontinuierliche Drehmomentübertragung bei der Lenkbewegung
zu erreichen.
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Im
Rahmen einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung
kann vorgesehen sein, dass eine erste Verzahnung an einem ersten
Stirnrad oder Zahnrad mit einem kleinen Radius, eine zweite Verzahnung
an einem zweiten Zahnrad mit einem etwas größeren
Radius und schließlich eine dritte Verzahnung an einem
dritten Zahnrad mit einem noch größeren Radius
vorgesehen sind. Die Zahnräder können axial hintereinander
drehfest an der Welle angeordnet sein, wobei das erste Zahnrad den
kleinsten Radius und das dritte oder letzte Zahnrad den größten
Radius aufweisen. Es sind auch andere Radiusverhältnisse
zwischen den verschiedenen Zahnrädern möglich.
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Eine
alternative Ausführungsvariante der Erfindung kann auch
vorgesehen, dass die Verzahnungen an einem gemeinsamen einteiligen
Bauteil vorgesehen sind. Beispielsweise können die Verzahnungen
an einem gestuften Ritzel oder auch an einem Mehrfachritzel oder
dergleichen vorgesehen sein, indem die etwa kreisförmig
ausgebildeten Verzahnungen entsprechend exzentrisch zueinander an dem
gemeinsamen Bauteile ausgebildet sind.
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Bei
der Verwendung von drei oder auch mehr Zahnrädern mit jeweils
zumindest einer Verzahnung kann vorgesehen sein, dass dem ersten
Zahnrad ein erster Zahnstangenabschnitt zugeordnet ist, wobei die
Mitte des ersten Zahnstangenabschnittes der Mittenstellung des Lenkrades
bzw. der Lenkung entspricht. Demzufolge kann die Welle je nach gewünschter
Lenkrichtung durch das Drehen des Lenkrades sowohl in die eine als
auch in die andere Richtung gedreht werden, wobei in jede Drehrichtung
der gleiche Übersetzungsverlauf bei der erfindungsgemäßen
Lenkgetriebeanordnung realisiert wird.
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Um
den gleichen Übersetzungsverlauf in beiden Drehrichtungen
zu realisieren, kann vorgesehen sein, dass dem zweiten Stirnrad
zwei zweite Zahnstangenabschnitte und dem dritten Zahnrad zwei dritte
Zahnstangenabschnitte zugeordnet sind, wobei die beiden zweiten
Zahnstangenabschnitte und die beiden dritten Zahnstangenabschnitte
jeweils symmetrisch zu einer durch die Drehachse der Welle und durch
die Mitte des ersten Zahnstangenabschnittes gebildeten Symmetrieachse
ausgerichtet sind. Somit kann je nach Drehrichtungen das zweite
Zahnrad beziehungsweise das dritte Zahnrad oder auch ein weiteres
Zahnrad entweder auf dem linken oder rechten Zahnstangenabschnitt
je nach Drehrichtung abwälzen. Da die jeweils dem zweiten
Zahnrad und dem dritten Zahnrad zugeordneten Zahnstangenabschnitte
quasi spiegelsymmetrisch sind, kann auch in jede Lenkrichtung der
gleiche z. B. progressive Übersetzungsverlauf realisiert
werden.
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Aufgrund
der unterschiedlichen Radien der verschiedenen Zahnräder
ist es erforderlich, dass die Höhe des jeweiligen Zahnstangenabschnittes
an den sich verändernden Eingriffsbereich des jeweils exzentrisch
an der Welle befestigten Zahnrades anzupassen. Da die Zahnräder
auch axial zueinander versetzt sind, ist es erforderlich, dass die
Zahnstangenabschnitte ebenfalls entsprechend in analer und radialer
Richtung der Welle versetzt zueinander angeordnet sind. Dadurch
wird in der Seitenansicht eine etwa dachförmig ausgebildete
Form der verschiedenen Zahnstangenabschnitte gebildet. Es sind auch
andere konstruktive Formen der Zahnstangenabschnitte möglich.
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Wenn
bei den Verzahnungen die Bereiche gleicher Teilkreisdurchmesser
entlang des Umfanges etwa um 180° versetzt zueinander angeordnet
sind, kann nach einem Drehwinkel von 180° das nächste einen
anderen Radius aufweisende Zahnrad zum Eingriff kommen, so dass
sich der Übersetzungsverlauf entsprechend des neuen Radius
verändert. Es ist auch möglich, dass die identischen
Teilkreisdurchmesser benachbarter Zahnräder auch in einem
anderen Winkel zueinander angeordnet sind.
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Eine
nächste mögliche Weiterbildung der Erfindung kann
vorsehen, dass der Eingriff zwischen den Zahnrädern und
den zugeordneten Zahnstangenabschnitten nicht direkt sondern indirekt
zum Beispiel über ein Synchronring oder dergleichen erfolgt. Vorzugsweise
kann als Synchronring ein Zahnring mit einer Innenverzahnung und
einer Außenverzahnung verwendet werden. Der Zahnring steht
dann sowohl mit einem der Zahnräder als auch mit dem zugeordneten
Zahnstangenabschnitt in Eingriff. Der Zahnring kann axial über
eine Kurvenscheibe, eine Schablone oder dergleichen verschoben werden,
um einerseits mit den verschiedenen Stirnrädern bzw. Zahnrädern
und andererseits mit ihren zugeordneten Zahnstangenabschnitten gekoppelt
zu werden. Die Kurvenscheibe kann fest an zumindest einem der Zahnstangenabschnitte
befestigt sein. Es sind aber auch andere konstruktive Ausgestaltungen
möglich.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht auf eine erste mögliche Ausführungsvariante
einer erfindungsgemäßen Lenkgetriebeanordnung;
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2 eine
schematische Seitenansicht der Lenkgetriebeanordnung gemäß 1;
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3 eine
schematische, quer geschnittene Ansicht gemäß 1;
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4 eine
schematische Seitenansicht der Zahnräder ohne Zahnstangenabschnitte
der Lenkgetriebeanordnung gemäß 1;
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5 eine
schematische Draufsicht auf eine zweite mögliche Ausführungsvariante
einer erfindungsgemäßen Lenkgetriebeanordnung;
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6 eine
schematische Seitenansicht der Lenkgetriebeanordnung gemäß 5;
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7 eine
schematische, quer geschnittene Ansicht gemäß 5;
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8 eine
schematische Seitenansicht der Zahnräder ohne Zahnstangenabschnitte
der Lenkgetriebeanordnung gemäß 5;
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Unabhängig
von den beiden Ausführungsvarianten umfasst die Lenkgetriebeanordnung
eine lenkradseitig angetriebene Welle 1, welche mehrere Verzahnungen 2, 3, 4 aufweist,
die jeweils mit zumindest einem zugeordneten Zahnstangenabschnitt ZS1,
ZS2R, ZS2L, ZS3R, ZS3L koppelbar sind, wobei im Unterschied zur
ersten Ausführungsvariante bei der zweiten Ausführungsvariante
gemäß der 5 bis 8 eine
weitere Verzahnung 5 und weitere Zahnstangenabschnitte
ZS4R, ZS4L vorgesehen sind.
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass die etwa kreisförmig ausgebildeten Verzahnungen 2, 3, 4, 5 durch
Zahnräder Z1, Z2, Z3, Z4 oder Stirnräder gebildet
werden, wobei es auch möglich ist, dass die Verzahnungen 2, 3, 4, 5 an
einem gestuften Ritzel als einteiliges Bauteil vorgesehen werden.
Die Verzahnungen 2, 3, 4, 5 beziehungsweise
die Zahnräder Z1, Z2, Z3, Z4 sind derart exzentrisch an
der Welle 1 angeordnet, dass die Teilkreisdurchmesser von
benachbarten Verzahnungen 2, 3, 4, 5 zumindest
abschnittsweise identisch sind. Auf diese Weise kann ein Wechsel
bei der Drehmomentübertragung im Bereich der gleichen Teilkreisdurchmesser
zwischen benachbarten Zahnrädern Z1, Z2, Z3, Z4 und den
zugeordneten Zahnstangenabschnitten ZS1, ZS2R, ZS2L, ZS3R, ZS3L,
ZS4R, ZS4L erfolgen. Wie insbesondere aus den 4 und 8 ersichtlich
ist, sind die Bereiche, bei denen die Verzahnungen 2, 3, 4, 5 einen
gleichen Teilkreisdurchmesser aufweisen, entlang des Umfanges etwa
um 180° versetzt zueinander. Somit kann jeweils nach einem
Drehwinkel von 180° ein nächstes Zahnrad Z1, Z2,
Z3, Z4 mit dem jeweils zugeordneten Zahnstangenabschnitt ZS1, ZS2R,
ZS2L, ZS3R, ZS3L, ZS4R, ZS4L in Eingriff gebracht werden.
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Die
in den Figuren dargestellte Lenkgetriebeanordnung befindet sind
exemplarisch in der Mittenstellung der Lenkung. In dieser Position
befindet sich das Zahnrad Z1 mit dem kleinsten Radius r1 mit dem
zugeordneten Zahnstangenabschnitt ZS1 in Eingriff. Sobald das Zahnrad
Z1 unabhängig von der Drehrichtung seinen größten
Durchmesser aufgrund der exzentrischen Anordnung erreicht, säuft
das Zahnrad Z1 aus dem zugeordneten Zahnstangenabschnitt ZS1 in
die eine oder andere Richtung aus und das Zahnrad Z2 wird mit dem
zugeordneten Zahnstangenabschnitt ZS2R oder ZS2L je nach Drehrichtung
in Eingriff gebracht. Das Zahnrad Z2 bleibt solange in Eingriff
bis der größte Durchmesser erreicht ist und das
Zahnrad Z2 aus dem zugeordneten Zahnstangenabschnitt ZS2R oder ZS2L
ausläuft. Danach wird das Zahnrad Z3 mit dem zugeordneten
Zahnstangenabschnitt ZS3R oder ZS3L in Eingriff gebracht. Bei der
ersten Ausführungsvariante gemäß den 1 bis 4 ist
damit die Lenkung an ihrem je nach Drehrichtung linken oder rechten
Anschlag.
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Bei
der zweiten Ausführungsvariante gemäß den 5 bis 8 ist
ein weiteres Zahnrad Z4 vorgesehen, welches nach dem Auslaufen des
Zahnrades Z3 aus dem zugeordneten Zahnstangenabschnitt ZS3R oder
ZS3L mit dem Zahnstangenabschnitt ZS4R oder ZS4L in Eingriff gebracht
wird. Am Ende dieses Zahnstangenabschnittes ZS4R oder ZS4L wird
auch bei der zweiten Ausführungsvariante der linke oder
rechte Anschlag der Lenkung erreicht. In 5 ist mittels
einer gepunkteten Linie der Eingriffsbereich angedeutet.
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Aufgrund
der exzentrischen Anordnung der Zahnräder Z1, Z2, Z3, Z4
an der Welle 1 wird der wirksame Radius r1,
r2, r3, r4 auch bei den an sich runden Zahnrädern
Z1, Z2, Z3, Z4 mit zunehmendem Drehungswinkel kontinuierlich erhöht.
Die Zahnstangenabschnitte ZS1, ZS2R, ZS2L, ZS3R, ZS3L, ZS4R, ZS4L
reduzieren im gleichen Maße ihre Höhe, wie der
Radius r1, r2, r3, r4 zunimmt, damit
ein Eingriff zwischen den Zahnrädern Z1, Z2, Z3, Z4 und
den Zahnstangenabschnitten ZS1, ZS2R, ZS2L, ZS3R, ZS3L, ZS4R, ZS4L
sichergestellt ist. Daraus ergibt sich in der Seitenansicht der
Zahnstangenabschnitte ZS1, ZS2R, ZS2L, ZS3R, ZS3L, ZS4R, ZS4L quasi eine
Dachform. Dies ist insbesondere aus den 2 und 6 ersichtlich.
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Insbesondere
aus den 1 und 5 ergibt
sich, dass bei beiden Ausführungsvarianten dem ersten Zahnrad
Z1 nur ein Zahnstangenabschnitt ZS1 zugeordnet ist, wobei die Mitte
des ersten Zahnstangenabschnittes ZS1 gleichzeitig die Mittelstellung
des Lenkrades beziehungsweise der Lenkung ist. Dem zweiten Zahnrad
Z2 sind zwei zweite Zahnstangenabschnitte ZS2R, ZS2L und dem dritten Zahnrad
Z3 ebenfalls zwei dritte Zahnstangenabschnitte ZS3R, ZS3L zugeordnet.
Dabei gibt es jeweils einen linken zweiten Zahnstangenabschnitt ZS2L
und einen linken dritten Zahnstangenabschnitt ZS3L sowie einen rechten
zweiten Zahnstangenabschnitt ZS2R und einen rechten dritten Zahnstangenabschnitt
ZS3R. Bei der zweiten Ausführungsvariante gibt es zudem
noch zwei vierte Zahnstangenabschnitte ZS4R, ZS4L, wobei ebenfalls
ein linker Zahnstangenabschnitt ZS4L und ein rechter Zahnstangenabschnitt
ZS4R vorgesehen sind.
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Die
linken Zahnstangenabschnitte ZS2L, ZS3L, ZS4L und die rechten Zahnstangenabschnitte ZS2R,
ZS3R, ZS4R sind jeweils symmetrisch zu einer durch die Drehachse
der Welle 1 und die Mitte des ersten Zahnstangenabschnittes
ZS1 gebildete Symmetrieachse ausgerichtet. Dieses ist erforderlich,
um in beide Drehrichtungen einen identischen Übersetzungsverlauf
bei der Lenkung zu realisieren.
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Ein
weiterer Unterschied bei der zweiten Ausführungsvariante
gemäß den 5 bis 8 ergibt
sich daraus, dass ein indirekter Eingriff zwischen den Zahnrädern
Z1, Z2, Z3, Z4 und den zugeordneten Zahnstangenabschnitten ZS1,
ZS2R, ZS2L, ZS3R, ZS3L, ZS4R, ZS4L über ein Synchronring
vorgesehen wird. Als Synchronring wird ein Zahnring ZR verwendet,
der eine Innenverzahnung und eine Außenverzahnung aufweist.
Dadurch kann der Zahnring ZR eine Drehmomentübertragung
von den Zahnrädern Z1, Z2, Z3, Z4 auf die zugeordneten
Zahnstangenabschnitte ZS1, ZS2R, ZS2L, ZS3R, ZS3L, ZS4R, ZS4L ermöglichen.
Der Zahnring ZR wird bei zunehmender Drehung axial verschoben und
bringt das entsprechende Zahnrad Z1, Z2, Z3, Z4 mit dem dazugehörigen
Zahnstangenabschnitt ZS1, ZS2R, ZS2L, ZS3R, ZS3L, ZS4R, ZS4L in
Eingriff. Die Verschiebung des Zahnringes ZR erfolgt durch eine
nicht weiter dargestellte Kurvenscheibe, die fest an den Zahnstangenabschnitten
ZS1, ZS2R, ZS2L, ZS3R, ZS3L, ZS4R, ZS4L befestigt ist. Das Verschieben des
Zahnringes ZR ist beim beidseitigen Hochschalten in dem Bereich
möglich, wo das kleinere Zahnrad den größten
Durchmesser erreicht hat. Der kleinste Durchmesser des nächst
größeren Zahnrades ist in dem Bereich, in dem
der Zahnring ZR verschoben wird, gleich dem Durchmesser des kleineren
Zahnrades.
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- 1
- Welle
- 2
- erste
Verzahnung
- 3
- zweite
Verzahnung
- 4
- dritte
Verzahnung
- 5
- vierte
Verzahnung
- Z1
- erstes
Zahnrad
- Z2
- zweites
Zahnrad
- Z3
- drittes
Zahnrad
- Z4
- viertes
Zahnrad
- ZS1
- erster
Zahnstangenabschnitt
- ZS2R
- zweiter
rechter Zahnstangenabschnitt
- ZS2L
- zweiter
linker Zahnstangenabschnitt
- ZS3R
- dritter
rechter Zahnstangenabschnitt
- ZS3L
- dritter
linker Zahnstangenabschnitt
- ZS4R
- vierter
rechter Zahnstangenabschnitt
- ZS4L
- vierter
linker Zahnstangenabschnitt
- r1
- erster
Radius
- r2
- zweiter
Radius
- r3
- dritter
Radius
- r4
- vierter
Radius
- ZR
- Zahnring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10225089
B4 [0003]
- - WO 2006/079492 A1 [0004]