DE102009001797A1

DE102009001797A1 - Getriebeanordnung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102009001797A1
Application number: DE200910001797
Authority: DE
Inventors: Martin Münster; Daniel Wolf
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2010-09-30

Abstract

Die Erfindung betrifft Getriebeanordnungen für ein Kraftfahrzeug, mit denen ein gewünschter Übersetzungsverlauf bauraumoptimiert und kostengünstig realisiert werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung, insbesondere eine Lenkgetriebeanordnung, für ein Kraftfahrzeug gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1, 3, beziehungsweise 5 näher definierten Art.
Derartige Getriebeanordnungen 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 wird. Ferner ist auch eine so genannte Aktivlenkung gebräuchlich. 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.
Aus der Druckschrift DE 102 25 089 B4 ist eine Vorrichtung zur Dämpfung und/oder Beschleunigung einer Verschiebe- oder Schwenk bewegung 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.
In DE 26 18 715 A1 wird ein Getriebe zur kontinuierlichen Drehzahländerung einer begrenzten Drehbewegung vorgeschlagen. Dieses weist zwei miteinander in Eingriff stehende Zahnräder auf, deren Teilkreisradius sich nach einer Spirale von einem kleinsten zu einem größten Wert stetig ändert. Nachteilig bei dieser Ausgestaltung ist es, dass eine Drehzahlumwandlung zwischen den Zahnrädern auf eine Arbeitsumdrehung derselben begrenzt ist.
Weiterhin ist aus der Druckschrift JP 04-095 570 A ein konstruktiv aufwändig gestaltetes Lenkgetriebe bekannt, das eine Zahnradpaarung aus einem elliptischen Zahnrad und einem Stirnrad aufweist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Getriebeauordnung der vorgenannten Art zu schaffen, die bei hoher Betriebssicherheit eine große stufenlose Änderung der Übersetzung ermöglicht und besonders einfach aufgebaut sowie kostengünstig herstellbar ist.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und alternativ jeweils durch die Merkmale der Ansprüche 3 oder 5 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und den Zeichnungen.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird beispielsweise durch eine Getriebeanordnung gelöst, bei der die durch zwei im Wesentlichen identische konische Spiralen oder dergleichen gebildete Verzahnung des Zahnrads, die in einer Mittenposition einen gemeinsamen kleinsten Teilkreisdurchmesser aufweisen, zu den axialen Enden hin mit kontinuierlich größer werdenden Teilkreisdurchmessern verläuft. Hierdurch wird zwischen dem lenkradseitig angetriebenen Zahnrad und der radseitig wirkenden Zahnstange ausgehend von der Mittenposition eine stufenlos kleiner werdende Übersetzung in beiden Drehrichtung des lenkradseitig angetriebenen Zahnrads erreicht. Auf diese Weise ermöglicht die Erfindung bauraumoptimiert und betriebssicher eine stark progressive Übersetzung zwischen Lenkrad und Spurstange. Durch eine kleine Übersetzung des Lenkgetriebes wird der Einschlagwinkel des Lenkrads von Anschlag zu Anschlag deutlich reduziert, während im Bereich der Mittenposition, die der Neutralstellung der Lenkung bei einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs entspricht, eine große Übersetzung erreicht wird, die die notwendige Präzision und Feinfühligkeit der Lenkung gewährleistet.
Vorzugsweise ist die Zahnstange mit stumpfwinklig zueinander angeordneten Flanken ausgeführt, wobei die Verzahnung an den Flanken ausgebildet ist. Die Flanken bilden eine gemeinsame Spitze, welche die Mittenposition der Verzahnung bildet. Hierbei verläuft die Verzahnung ausgehend von den beiden Enden mit konstanter Steigung zur Mittenposition, in der sie ihre maximale Höhe erreicht. Auf diese Weise kann der Verlauf der Verzahnung an der Zahnstange an die ausgehend von der Mittenposition kontinuierlich größer werdenden Teilkreisdurchmesser des Zahnrads einfach angepasst werden. Aufgrund des in axialer Richtung wandernden Eingriffes zwischen dem Zahnrad und der Zahnstange ergibt sich etwa ein diagonaler Verlauf der Verzahnung, um die gesamte axiale Breite des Zahnrades abzudecken.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch eine Getriebeanordnung, insbesondere eine Lenkgetriebeanordnung gelöst, die zumindest eine lenkradseitig angetriebene erste Welle und zumindest eine zu der ersteren etwa parallel versetzt angeordnete radseitig wirkende zweite Welle aufweist. Erfindungsgemäß ist an jeder Welle einander gegenüberliegend zumindest ein Zahnrad oder dergleichen angeordnet, wobei die Zahnräder mit zumindest einem verschiebbaren Zwischenrad in Eingriff stehen. Die Verzahnungen der Zahnräder werden jeweils durch z. B zwei bezüglich ihrer Abmessungen im Wesentlichen identische konische Spiralen gebildet. Diese weisen z. B. an der ersten Welle einen gemeinsamen kleinsten Teilkreisdurchmesser und an der zweiten Welle einen gemeinsamen größten Teilkreisdurchmesser auf, die jeweils eine Mittenposition der Verzahnung des Zahnrads bilden. Es sind auch andere, z. B. gespiegelte Anordnungsmöglichkeiten denkbar.
Vorzugsweise können die Verzahnungen der Zahnräder jeweils zueinander entgegengesetzte Steigungen aufweisen, sodass über das verschiebbare Zwischenrad in Vorschubrichtung jeweils ausgehend von der Mittenposition zu den Enden hin eine stufenlos kleiner werdende Übersetzung zwischen den Zahnrädern in beiden Drehrichtungen bzw. Lenkrichtungen erreicht werden kann. Die Übersetzung kann durch die Wahl der Steigung an den Verzahnungen der Zahnräder verändert und somit ein gewünschter Übersetzungsverlauf auf einfachste Weise realisiert werden.
Es ist vorteilhaft, wenn die Verzahnungen der Zahnräder jeweils mit gleichgroßen kleinsten und gleichgroßen größten Teilkreisdurchmessern ausgeführt werden. Auf diese Weise wird in beiden Drehrichtungen bzw. Lenkrichtungen eine gleichmäßige Änderung der Übersetzung erreicht. Es sind aber auch andere Verhältnisse zwischen den Teilkreisdurchmessern möglich.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch eine Getriebeanordnung gelöst, welche an zumindest einer angetriebenen ersten Welle und an zumindest einer etwa parallel versetzt zur ersteren angeordneten abtriebsseitig wirkenden zweiten Welle zumindest jeweils zwei mit unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern versehene Stirnräder aufweist. Zur Vermittlung eines kontinuierlichen Übergangs zwischen den unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern ist zwischen den beiden Stirnrädern jeder Welle jeweils ein Übergangsrad vorgesehen. Um eine Drehmomentübertragung zwischen den Wellen zu ermöglichen, kann zumindest ein zwischen den Stirn- und Übergangrädern axial schaltbares Zwischenrad oder dergleichen vorgesehen sein, welches zumindest mit einem Rad jeder Welle in Eingriff steht.
Da jeweils die Stirnräder mit unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern und jeweils die Übergangsräder einander gegenüberliegend an den Wellen angeordnet sein können, wird über das Zwischenrad in Vorschubrichtung desselben eine stufenlos veränderbare Übersetzung zwischen den Zahnrädern in beiden Drehrichtungen der Wellen erreicht Hierbei ist die Größe der Übersetzungsänderung durch die unterschiedlichen Teilkreisdurchmesser an den Verzahnungen der Stirnräder bestimmbar.
Diese Getriebeanordnung kann insbesondere zum Anschluss von Nebenaggregaten an Verbrennungsmotoren genutzt werden, um die Nebenaggregate in einem optimalen Betriebspunkt zu betreiben. Denkbar ist aber auch ein Einsatz, insbesondere als mehrstufiges Getriebe, in Lenkgetrieben.
Im Rahmen einer möglichen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Übergangsräder beider Wellen und die Stirnräder der ersten Welle drehfest mit den Wellen verbunden und die Stirnräder an der zweiten Welle als mit dieser drehfest, koppelbare Losräder ausgebildet sind. Hierdurch ist es möglich, neben einem zwischen den Stirn- und Über gangsrädern schaltbaren Zwischenrad ein weiteres ortsfestes Zwischenrad vorzusehen, welches mit zwei jeweils an den Wellen einander gegenüberliegend angeordneten Stirnrädern in Eingriff steht, von denen eines als Losrad an der zweiten Welle mit dieser koppelbar ist. Da jeweils die Stirnräder mit unterschiedlichem Teilkreisdurchmessern und jeweils die Übergangsräder einander gegenüberliegend an den Wellen angeordnet sind, kann über das schaltbare Zwischenrad in Vorschubrichtung eine stufenlos veränderbare Übersetzung zwischen den Zahnrädern in beiden Drehrichtungen der Wellen erreicht werden. Gleichzeitig ist es möglich, das schaltbare Zwischenrad oder das ortsfeste Zwischenrad oder beide Zwischenräder gleichzeitig durch Koppeln der als Losräder ausgebildeten Stirnräder an der zweiten Welle mit dieser in Eingriff zu bringen. Dies hat den Vorteil, dass Zahnradpaarungen, die Zähnezahlen aufweisen, deren kleinstes gemeinsames Vielfaches weit auseinander liegt, häufiger und schneller geschaltet werden können. Weiterhin kann die Winkeldifferenz infolge der Übersetzung ausgeglichen werden. Außerdem steht zum Schalten des Zwischenrads mehr Zeit zur Verfügung, was sich insbesondere bei hohen Drehzahlen günstig auswirkt.
Vorzugsweise sind an jeder Welle ein einen kleineren Teilkreisdurchmesser aufweisendes kleineres Stirnrad und ein einen größeren Teilkreisdurchmesser aufweisendes größeres Stirnrad angeordnet, wobei die kleineren Stirnräder und die größeren Stirnräder an den Wellen jeweils gleichgroße Teilkreisdurchmesser aufweisen. Hierdurch wird in jeder Drehrichtung der Wellen die gleiche Änderung der Übersetzung in Vorschubrichtung des schaltbaren Zwischenrads erreicht. Denkbar ist auch drei und mehr Stirnräder mit jeweils einem zwischen den Stirnrädern angeordneten Übergangsrad oder mehreren zwischen den Stirnrädern angeordneten Übergangsrädern an jeder Welle gegenüberliegend anzuordnen. Auf diese Weise können mehrstufige Getriebeanordnungen mit jeweils stufenlosen Übergängen realisiert werden.
Zum axialen Schalten des Zwischenrads zwischen den Stirnrädern und den Übergangsrädern können an der Verzahnung letzterer jeweils synchron zueinander angeordnete Übergangsbereiche vorgesehen sein, die den gleichen Teilkreisdurchmesser wie die Verzahnung der zu den Übergangsrädern jeweils benachbart angeordneten Stirnräder aufweisen. Da die Stirnräder und die Übergangsräder in den Übergangsbereichen den gleichen Krümmungsradius aufweisen, kann das Zwischenrad in den Übergangsbereichen zwischen den Stirnrädern und den Übergangsrädern axial hin und her verschoben werden. Vorzugsweise sind dabei die Verzahnungen der Stirnräder und der Übergangsräder zumindest in den Übergangsbereichen jeweils fluchtend zueinander ausgebildet. Die Übergangsbereiche sind letztendlich die Schaltpunkte, an denen das Zwischenrad zum benachbarten Rad an den Wellen geschaltet wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist am Übergangsrad eine zwischen den Stirnrädern in axiale Richtung schräg verlaufende zumindest bereichsweise im Querschnitt ovalförmige Verzahnung vorgesehen. Der schräg verlaufende Abschnitt ist quasi schraubenlinienförmig mit sich veränderndem Durchmesser aufgrund der Ovalform ausgeführt. Im Bereich der beiden um 180° versetzt zueinander angeordneten Hauptscheitel weist die Verzahnung jeweils unterschiedliche Teilkreisdurchmesser auf, die den unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern der jeweils benachbarten Stirnräder entsprechen. Hierdurch wird auf einfache Weise am Übergangsrad ein stufenloser Übergang zwischen den unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern der Stirnräder erreicht.
Bei einer besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung ist das Übergangsrad als kreisrundes Stirnrad ausgebildet und exzentrisch zu den benachbart zu diesem angeordneten Stirnrädern auf der Welle angeordnet. Dabei ist des Übergangsrad derart exzentrisch zu den Stirnrädern angeordnet, dass die Exzentrizität die Differenz der Teilkreisdurchmesser der benachbart zum Übergangsrad angeordneten Stirnräder ausgleicht und ein harmonischer Übergang zwischen den unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern erreicht wird.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen mehrere
Ausführungsbeispiele bzw. -varianten der Erfindung vereinfacht und sehr schematisch dargestellt sind. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung;
1A eine Seitenansicht der Zahnstange der Getriebeanordnung gemäß 1;
2 einen perspektivischen Teilschnitt der Getriebeanordnung gemäß 1;
3 einen Teillängsschnitt einer zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung;
4 eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung;
4A eine Seitenansicht der Getriebeanordnung gemäß 4;
5 eine perspektivische Darstellung einer vierten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung;
5A eine Seitenansicht der Getriebeanordnung gemäß 5;
5B einen Querschnitt der Getriebeanordnung gemäß 5;
6 ein Diagramm mit dem Verlauf des Teilkreisdurchmessers bei einem Übergangsrad in Abhängigkeit vom Drehwinkel gemäß der dritten und vierten Ausführungsvariante;
7 ein Diagramm mit dem Verlauf der Teilkreisradien der Stirnräder und des Übergangsrads in einer Teilseitenansicht der Getriebeanordnung gemäß der dritten und vierten Ausführungsvariante.
In den 1, 1A und 2 ist eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung als Lenkgetriebeanordnung dargestellt. In 1 ist die erste Ausführungsvariante in einer Draufsicht dargestellt. Ein lenkradseitig angetriebenes Zahnrad 1 steht mit einer radseitig wirkenden Zahnstange 2 in einer Mittenposition 3 im Eingriff. Die Mittenposition 3 entspricht der Neutralstellung der Lenkung bei einem Lenkradeinschlagwinkel von 0° bei einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs. Die Verzahnung des Zahnrads 1 wird durch zwei den Abmessungen nach im Wesentlichen identische konische Spiralen gebildet, die einen gemeinsamen kleinsten Teilkreisdurchmesser aufweisen, der die Mittenposition 3 des Zahnrads 1 bildet. Ausgehend von der Mittenposition 3 ist hierbei die Verzahnung zu den axialen. Enden des Zahnrads 1 hin mit kontinuierlich größer werdenden Teilkreisdurchmessern ausgebildet. An den Enden weisen beide Spiralen gleichgroße größte Teilkreisdurchmesser auf und sind mit gleicher Steigung sowie jeweils mit ca. 2 1/4 Windungen ausgeführt. Die Verzahnung der Zahnstange 2 verläuft entsprechend der Steigung der Verzahnung des Zahnrads 1 schräg geneigt zu dessen Drehachse 9, wodurch die Verzahnungen von Zahnrad 1 und Zahnstange parallel zueinander ausgerichtet sind. In der Mittenposition 3 weist die Getriebeanordnung eine hohe Übersetzung auf, die in beiden Vorschubrichtungen zu den beiden Enden der Zahnstange 2 hin jeweils stark abnimmt.
1a zeigt die Zahnstange 2 in einer Seitenansicht. Die Zahnstange 2 weist zwei in einem stumpfen Winkel aufeinander zulaufende Flanken 24, 25 gleicher Länge auf, an denen die Verzahnung ausgebildet ist. Die Flanken 24, 25 bilden eine gemeinsame stumpfwinklige Spitze, die die Mittenposition 3 der Verzahnung bildet. Ausgehend von der Mittenposition 3 fällt die Verzahnung an beiden Flanken 24, 25 jeweils entsprechend den größer werdenden Teilkreisdurchmessern am Zahnrad 1 gleichmäßig zu den Enden der Zahnstange 2 hin ab. Somit ist die Zahnstange 2 symmetrisch zu ihrer Mittelposition 3 ausgebildet.
In 2 ist in einem perspektivischen Teilschnitt sowohl das Zahnrad 1 als auch die Zahnstange 2 jeweils in der Mittenposition 3 der Verzahnung geschnitten dargestellt. Die Darstellung zeigt den als eine konische Spirale ausgebildeten Teil der Verzahnung am Zahnrad 1 und an der Zahnstange 2 eine Flanke 25 der Verzahnung. Das Zahnrad 1 befindet sich mit der Zahnstange 2 an dessen Flanke 25 etwa mittig zwischen der Mittenposition 3 und einem Ende der Zahnstange 2 im Eingriff. Die als konische Spirale ausgebildete Verzahnung des Zahnrads 1 weist ausgehend von der Mittenposition 3, die durch den kleinsten Teilkreisdurchmesser gebildet wird, zu ihrem Ende hin kontinuierlich größer werdende Teilkreisdurchmesser auf. Die Verzahnung an der Flanke 25 der Zahnstange 2 verläuft von der Mittenposition 3 zum Ende hin gleichmäßig abfallend. Dabei entspricht der abfallende Verlauf der Verzahnung an der Flanke 25 den zum Ende größer werdenden Teilkreisdurchmessern der Verzahnung am Zahnrad 1. Auf diese Weise greift in der Mittenposition 3 die Verzahnung des Zahnrads 1 mit ihrem kleinsten Teilkreisdurchmesser an der größten Höhe h_max der Verzahnung der Zahnstange 2 an, während die Verzahnung des Zahnrads 1 mit ihrem größten Teilkreisdurchmesser mit der geringsten Höhe der Verzahnung der Zahnstange 2 am Ende der Flanke 25 in Eingriff gelangt.
Eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung ist in 3 schematisch dargestellt. Bei dieser Ausführungsvariante ist eine lenkradseitig angetriebene erste Welle 4 und eine radseitig wirkende zweite Welle 5 vorgesehen, welche zu der ersteren parallel versetzt angeordnet ist. An jeder Welle 4, 5 ist ein Zahnrad 6, 7 mit dieser drehfest verbunden angeordnet. Die Zahnräder 6, 7 sind an den Wellen 4, 5 jeweils einander gegenüberliegend angeordnet und stehen mit einem verschiebbaren Zwischenrad 8 in Eingriff. Die Verzahnung an den Zahnrädern 6, 7 wird jeweils durch zwei den Abmessungen nach im Wesentlichen identische konische Spiralen gebildet. Die Spiralen weisen jeweils einen gemeinsamen Teilkreisdurchmesser auf, der jeweils die Mittenposition der Verzahnungen der Zahnräder 6, 7 bildet.
An der ersten Welle 4 bildet der gemeinsame kleinste Teilkreisdurchmesser und an der zweiten Welle 5 der gemeinsame größte Teilkreisdurchmesser jeweils die Mittenposition der Verzahnung. Dadurch ist das Zahnrad 6 an der ersten Welle 4 ausgehend von der Mittenposition mit kontinuierlich größer werdenden Teilkreisdurchmesser zu beiden Enden hin ausgebildet, während das Zahnrad 7 der zweiten Welle 5 ausgehend von der Mittenposition mit kontinuierlich kleiner werdenden Teilkreisdurchmessern zu den beiden Enden hin ausgeführt ist. Die Verzahnungen beider Zahnräder 6, 7 sind mit gleicher Ganghöhe und gleicher Windungsrichtung ausgeführt. Dabei weisen die einander gegenüberliegenden Spiralen der Verzahnungen an jeder Welle 4, 5 jeweils die gleiche aber zueinander entgegengesetzte Steigung auf. Auf diese Weise wird in beiden Drehrichtungen der Wellen 4, 5 am Zwischenrad 8 ein Vorschub erreicht, wodurch dieses zwischen den beiden Zahnrädern 6, 7 drehrichtungsabhängig hin und her verschoben werden kann. Dabei wird ausgehend von der Mittenposition in beiden Drehrichtungen der Wellen 4, 5 jeweils zu den Enden der Zahnräder 6, 7 hin eine stark abnehmende Übersetzung zwischen den Wellen 4, 5 erreicht.
In den 4 und 4A ist eine dritte Ausführungsvariante der Getriebeanordnung dargestellt. 4 zeigt die Getriebeanordnung, bei der an einer angetriebenen ersten Welle 10 und an einer parallel versetzt zu dieser angeordneten abtriebsseitig wirkenden zweiten Welle 11 jeweils zwei mit unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern versehene Stirnräder 12, 13, 14, 15 vorgesehen sind. An jeder Welle 10, 11 sind jeweils ein kleineres Stirnrad 13, 14 mit kleinerem Teilkrelsdurchmesser und ein größeres Stirnrad 12, 15 mit größerem Teilkreisdurchmesser angeordnet. Die größeren Stirnräder 12, 15 und die kleineren Stirnräder 13, 14 sind jeweils mit gleichgroßen Teilkreisdurchmessern ausgebildet. Zwischen den Stirnrädern 12, 13, 14, 15 jeder Welle 10, 11 ist jeweils ein Übergangsrad 16, 17 vorgesehen. An den Wellen 10, 11 sind jeweils die Stirnräder 12, 14 bzw. die Stirnräder 13, 15 mit unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern und jeweils die Übergangsräder 16, 17 einander gegenüberliegend angeordnet. Die Übergangsräder 16, 17 sind jeweils axial zwischen den zugeordneten Stirnrädern 12, 13 beziehungsweise 14, 15 an den Wellen 10, 11 angeordnet. Zwischen den Stirnrädern 12, 13, 14, 15 und den Übergangsrädern 16, 17 der beiden Wellen 10, 11 ist ein verschiebbares beziehungsweise wanderndes Zwischenrad 18 derart angeordnet, dass es sowohl mit zumindest einem Rad der Welle 10 als auch mit zumindest einem Rad der Welle 11 in Eingriff steht. Das Zwischenrad 18 ist als Stirnrad ausgeführt.
Je nach dem, ob das Zwischenrad 18 mit dem größeren Stirnrad 12 der angetriebenen Welle 10 und dem kleineren Stirnrad 14 der abtriebsseitig wirkenden Welle 11 oder mit dem kleineren Stirnrad 13 der angetriebenen Welle 10 und mit dem größeren Stirnrad 15 der abtriebsseitig wirkenden Welle 11 in Eingriff steht, wird eine kleine oder große Übersetzung zwischen den Wellen 10, 11 erreicht. Die Übergangsräder 16, 17 sind in einer Seitenansicht etwa ovalförmig ausgeführt und in axialer Richtung zumindest abschnittsweise schraubenlinienförmig ausgebildet. An den Übergangsrädern 16, 17 sind jeweils zwei um 180° in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnete Übergangsbereiche 20, 21 bzw. 22, 23 ausgebildet, die jeweils zumindest abschnittsweise den gleichen Teilkreisdurchmesser wie die Verzahnungen der jeweils zugeordneten Stirnräder 12, 13, bzw. 14, 15 aufweisen. Die Verzahnungen an den Übergangsrädern 16, 17 sind dabei jeweils fluchtend zu den Verzahnungen der Stirnräder 12, 13, bzw. 14, 15 ausgeführt. Jeweils zwei Übergangsbereiche 20, 23 bzw. 21, 22 an den Übergangsrädern 16, 17 sind synchron zueinander angeordnet. Auf diese Weise gelangen die Übergangsbereiche 20, 23 bzw. 21, 22 an den Übergangsrädern 16, 17 gleichzeitig mit dem Zwischenrad 18 in Eingriff. In den Übergangsbereichen 20, 23 bzw. 21, 22 weisen die Übergangsräder 16, 17 jeweils den gleichen Krümmungsradius auf wie die jeweils zu diesen axial benachbart angeordneten Stirnräder 12, 13, bzw. 14, 15 auf. Dadurch kann das Zwischenrad 18 in den Übergangsbereichen 20, 23 bzw. 21, 22 zwischen den zugeordneten Stirnrädern 12, 13, bzw. 14, 15 über die Übergangsräder 16, 17 axial hin und her verschoben werden.
Durch die Verzahnung der Übergangsräder 16, 17 wird das Zwischenrad 18 auf die jeweils unterschiedlichen Teilkreisdurchmesser der Stirnräder 12, 13, bzw. 14, 15 geführt. Auf diese Weise kann abhängig vom Teilkreisdurchmesserunterschied der Stirnräder 12, 13, bzw. 14, 15 in Vorschubrichtung des Zwischenrads 18 in der einen Drehrichtung eine stufenlos zunehmende und in der anderen Drehrichtung eine stufenlos abnehmende Übersetzung zwischen den Wellen 10, 11 erreicht werden.
4a zeigt beispielhaft die Anordnung der Stirnräder 14, 15 und des Übergangsrads 17 an der zweiten Welle 11 in einer Seitenansicht. Zwischen dem kleineren Stirnrad 14 und dem größeren Stirnrad 15 ist das Übergangsrad 17 angeordnet. Die Verzahnung am Übergangsrad 17 bildet in der Seitenansicht etwa ein eiförmiges Oval. Im Bereich der beiden um 180° in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordneten Hauptscheitel weist die Verzahnung jeweils einen kleineren und einen größeren Teilkreisdurchmesser auf. Diese Bereiche an den Hauptscheiteln bilden jeweils die Übergangsbereiche 22, 23 bzw. die Schaltpunkte am Übergangsrad 17. Am Übergangsbereich 22 zum kleineren Stirnrad 14 weist die Verzahnung des Übergangsrads 17 den gleichen Teilkreisdurchmesser wie das kleine Stirnrad 14 auf, während der Teilkreisdurchmesser des Übergangsrads 17 am Übergangsbereich 23 zum großen Stirnrad 15 dem Teilkreisdurchmesser des letzteren entspricht.
Bei einer Drehung der zweiten Welle um 180° wird das Zwischenrad 18 durch den Vorschub entlang der Verzahnung des Übergangsrads 17 auf den größeren Teilkreisdurchmesser im Übergangsbereich 23 zum größeren Stirnrad 15 geführt. Dort kann das Zwischenrad 18 durch axiales Verschieben auf das große Stirnrad 15 geschaltet werden.
Befindet sich dagegen das Zwischenrad 18 an der zweiten Welle 11 mit dem größeren Stirnrad 15 im Eingriff, kann bei einer Drehung das Zwischenrad 18 am Übergangsbereich 23 zwischen dem größeren Stirnrad 15 und dem Übergangsrad 17 durch axiales Verschieben auf letzteres geschaltet werden. Bei einer Drehung der zweiten Welle um 180° wird das Zwischenrad 18 durch den Vorschub entlang der Verzahnung des Übergangsrads 17 auf den kleineren Teilkreisdurchmesser im Übergangsbereich 22 zum kleineren Stirnrad 14 geführt. Dort kann das Zwischenrad 18 durch axiales Verschieben auf das kleinere Stirnrad 14 geschaltet werden.
In analoger Weise vollzieht sich der Übergang an der ersten Welle 10 zwischen dem Übergangsrad 16 und den Stirnrädern 12, 13. Auf diese Weise wird in beiden Drehrichtungen der Wellen 10, 11 an den Übergangsrädern 16, 17 ein stufenloser Übergang zwischen den unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern der Stirnräder 12, 13 bzw. den Stirnrädern 14, 15 erreicht.
In den 5, 5A und 5B ist eine vierte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung dargestellt. Bei dieser Ausführungsvariante sind die beiden Stirnräder 14', 15' der zweiten Welle 11' jeweils als Losräder ausgeführt, die jeweils mit der zweiten Welle 11' über eine Kupplung 26, 27 mit einer Schaltgabel 28 drehfest koppelbar sind. Zwischen den jeweils benachbart angeordneten Stirnrädern 12', 13', bzw. 14', 15' und Übergangsrädern 16', 17' ist ein in beide axiale Richtungen schaltbares Zwischenrad 18' vorgesehen. Zudem ist ein weiteres ortsfestes Zwischenrad 19 vorgesehen, das im Eingriff mit dem kleineren Stirnrad 12' der ersten Welle 10' und dem größeren Stirnrad 14' der zweiten Welle 11' steht. Beide Zwischenräder 18', 19 sind als Stirnräder ausgeführt und weisen etwa den gleichen Teilkreisdurchmesser auf. Das schaltbare Zwischenrad 18' ist gegenüber dem ortsfesten Zwischenrad 19 in der Ebene senkrecht zur Darstellungsebene versetzt angeordnet.
Im Ausgangszustand befindet sich das schaltbare Zwischenrad 18' mit dem größeren Stirnrad 15' der zweiten Welle 11 und mit dem kleineren Stirnrad 13' der ersten Welle 10' im Eingriff. Dabei ist an der zweiten Welle 11' die Kupplung 27 des größeren Stirnrads 15' eingerückt, wodurch dieses mit der Welle 11' drehfest verbunden ist. Gleichzeitig befindet sich die Kupplung 26 des kleineren Stirnrads 14' im ausgerückten Zustand, wodurch das kleinere Stirnrad 14' im Eingriff stehend mit dem ortsfesten Zwischenrad 19 leer läuft.
Über das schaltbare Zwischenrad 18', welches mit dem kleineren Stirnrad 13' der angetriebenen ersten Welle 10' und mit dem größeren Stirnrad 15' an der abtriebsseitig wirkenden zweiten Welle 11' in Eingriff steht, wird eine große Übersetzung zwischen den Wellen 10', 11' erreicht. Das schaltbare Zwischenrad 18' kann an den synchron zueinander angeordneten Übergangsbereichen 21', 23' zwischen dem kleineren Stirnrad 13' und dem Übergangsrad 16' an der ersten Welle 10' sowie zwischen dem größeren Stirnrad 15' und dem Übergangsrad 17' an der zweiten Welle 11' durch axiales Verschieben auf die Übergangsräder 16', 17' geschaltet werden.
Bei einer Drehung der Wellen 10', 11' um 180° wird das Zwischenrad 18' durch den Vorschub an den Verzahnungen der Übergangsräder 16', 17' auf den größeren Teilkreisdurchmesser des größeren Stirnrads 12' an der ersten Welle 10' und auf den kleineren Teilkreisdurchmesser des kleineren Stirnrads 14' an der zweiten Welle 11' stufenlos geführt. Hierbei verkleinert sich die Übersetzung zwischen der angetriebenen ersten Welle 10' und der abtriebsseitig wirkenden zweiten Welle 11'. Durch Einrücken der Kupplung 26 des kleineren Stirnrads 14' und gleichzeitigem Ausrücken der Kupplung 27 des größeren Stirnrads 15' gelangt das ortsfeste Zwischenrad 19 in Eingriff mit dem kleineren Stirnrad 14' der zweiten Welle 11' und dem größeren Stirnrad 12' der ersten Welle 10'. Dabei kann gleichzeitig das schaltbare Zwischenrad 18' an den synchron zueinander angeordneten Übergangsbereichen 20' zwischen dem Übergangsrad 16' und dem größeren Stirnrad 12' an der ersten Welle 10' sowie zwischen dem Übergangsrad 17' und dem kleineren Stirnrad 14' an der zweiten Welle 11' durch axiales Verschieben auf das größere Stirnrads 12' an der ersten Welle 10' und das kleinere Stirnrad 14' an der zweiten Welle 11' geschaltet werden.
Bei umgekehrter Drehrichtung der Wellen 10', 11' erfolgt zunächst ein axiales Verschieben des schaltbaren Zwischenrads 18' auf die Übergangsräder 16', 17' an den Übergangsbereichen 20', 22' und an der zweiten Welle 11' ein Ausrücken der Kupplung 26 des kleineren Stirnrads 14' unter gleichzeitigem Einrücken der Kupplung 27 des größeren Stirnrads 15'. Bei einer Drehung der Wellen 10', 11' um 180° wird das Zwischenrad durch den Vorschub an den Verzahnungen der Übergangsräder auf den kleineren Teilkreisdurchmesser des kleineren Stirnrads an der ersten Welle 10' und auf den größeren Teilkreisdurchmesser des größeren Stirnrads 15' an der zweiten Welle 11' stufenlos geführt. Hierbei vergrößert sich die Übersetzung zwischen den Wellen 10', 11' wieder auf den Ausgangszustand.
In 5a ist beispielhaft an der zweiten Welle 11 die Anordnung der Stirnräder 14', 15' und des Übergangsrads 17' dargestellt. Zwischen dem kleineren Stirnrad 14' und dem größeren Stirnrad 15' ist das Übergangsrad 17' angeordnet. Die Verzahnung am Übergangsrad 17' bildet in der Seitenansicht etwa ein Ei-förmiges Oval. Im Bereich der beiden um 180° in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordneten Hauptscheitel weist die Verzahnung jeweils einen kleineren und einen größeren Teilkreisdurchmesser auf. Diese Bereiche an den Hauptscheiteln bilden jeweils die Übergangsbereiche 22', 23' bzw. Schaltpunkte am Übergangsrad 17'. Am Übergangsbereich 22' zum kleinen Stirnrad 14' weist die Verzahnung des Übergangsrads 17' den gleichen Teilkreisdurchmesser wie das kleine Stirnrad 14' auf, während der Teilkreisdurchmesser des Übergangsrads 17' am Übergangsbereich 23' zum großen Stirnrad 15' dem Teilkreisdurchmesser des letzteren entspricht. Das Schalten des Zwischenrads 18' an den Übergangsbereichen 22', 23' und der Übergang am Übergangsrad 17' erfolgt in analoger Weise wie bereits in der Beschreibung zur 4a ausgeführt.
5b zeigt in einer Seitenansicht schematisch die Anordnung der Stirnräder 12', 13', 14', 15' und der Übergangräder 16, 17' an beiden Wellen 10', 11' sowie der Zwischenräder 18', 19 zueinander. Das Zwischenrad 18' befindet sich im Eingriff mit dem kleineren Stirnrad 13' der ersten Welle 10' und dem größeren Stirnrad 15' der zweiten Welle 11', während das ortsfeste Zwischenrad 19 im Eingriff mit dem größeren Stirnrad 12' der ersten Welle 10' und mit dem kleineren Stirnrad 14' der zweiten Welle 11' angeordnet ist. Die Zwischenräder 18', 19 sind derart versetzt zueinander angeordnet, dass das Zwischenrad 18' mit den mit dem ortsfesten Zwischenrad 19 in Eingriff stehenden Stirnrädern 12', 14' gleichzeitig in Eingriff geschaltet werden kann. An den Übergangsrädern 16', 17' verlaufen die Teilkreisdurchmesser der Verzahnungen in der Seitenansicht jeweils in der Form eines Ei-förmigen Ovals. In den Übergangsbereichen 21', 22' zu den kleineren Stirnrädern 13', 14' weisen die Übergangsräder 16', 17' jeweils den gleichen Teilkreisdurchmesser wie die Verzahnungen der kleineren Stirnräder 13', 14 und in den Übergangsbereichen 20', 23' zu den größeren Stirnrädern 12' 15' jeweils den gleichen Teilkreisdurchmesser wie die Verzahnungen der größeren Stirnräder 12' 15' auf.
6 zeigt in einem Diagramm beispielhaft für die dritte und vierte Ausführungsvariante der Getriebeanordnung eine Kurve 29 als Verlauf der Änderung des Teilkreisradius bzw. -durchmessers über den Drehwinkel von 0 bis 180° bei dem jeweiligen Übergangsrad 16, 17; 16', 17'. Dies entspricht dem Unterschied zwischen dem Teilkreisradius des jeweils kleineren Stirnrads 13, 14, 13', 14' und dem benachbart angeordneten größeren Stirnrads 12, 15, 12', 15'. Auf der Ordinate ist der Teilkreisradius des Übergangsrads 16, 17, 16', 17' bezogen auf den Teilkreisradius größeren Stirnrads 12, 15, 12', 15' und auf der Abszisse der Drehwinkel des Übergangsrads 16, 17, 16', 17' aufgetragen.
Aus dem Verlauf ergibt sich, dass der Teilkreisradius am jeweiligen Übergangsrad 16, 17, 16', 17' den Übergangsbereich 21, 22, 21', 22' zum kleineren Stirnrad 13, 14, 13, 14' bei einem Drehwinkel von 0° und bei einem Teilkreisradienverhältnis von 0,9 aufweist. Ferner ergibt sich, dass der Teilkreisradius am jeweiligen Übergangsrad 16, 17, 16', 17' den Übergangsbereich 20, 23, 20', 23' zum größeren Stirnrad 12, 15, 12', 15' bei einem Drehwinkel von 180° und bei einem Teilkreisradienverhältnis von 1 aufweist.
In 7 sind exemplarisch für die dritte und vierte Ausführungsvariante der Getriebeanordnung in einer schematisch in einem Diagramm gezeigten Teilseitenansicht die Verläufe der Teilkreisradienverhältnisse des Übergangsrads 17 und des kleineren Stirnrades 14 bezogen auf das größere Stirnrad 15 dargestellt. Aus den Verläufen ergibt sich, dass der Übergangsbereich 23 zum größeren Stirnrad 15 beim Teilkreisradienverhältnis von –1 und der Übergangsbereich 22 zum kleineren Stirnrad 14 beim Teilkreisradienverhältnis von 0,9 liegen.

1: Zahnrad
2: Zahnstange
3: Mittenposition
4: Welle
5: Welle
6: Zahnrad
7: Zahnrad
8: Zwischenrad
9: Drehachse
10: erste Welle
10': erste Welle
11: zweite Welle
11': zweite Welle
12: größeres Stirnrad
12': größeres Stirnrad
13: kleineres Stirnrad
13': kleineres Stirnrad
14: kleineres Stirnrad
14': kleineres Stirnrad
15: größeres Stirnrad
15': größeres Stirnrad
16: Übergangsrad an der ersten Welle
16': Übergangsrad an der ersten Welle
17: Übergangsrad an der zweiten Welle
17': Übergangsrad an der zweiten Welle
18: Zwischenrad
18': Zwischenrad
19: Zwischenrad
20: Übergangsbereich
20': Übergangsbereich
21: Übergangsbereich
21: Übergangsbereich
22: Übergangsbereich
22': Übergangsbereich
23: Übergangsbereich
23': Übergangsbereich
24: Flanke
25: Flanke
26: Kupplung
27: Kupplung
28: Schaltgabel
29: Kurve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10225089 B4 [0003]
- DE 2618715 A1 [0004]
- JP 04-095570 A [0005]

Claims

Getriebeanordnung, insbesondere Lenkgetriebeanordnung, für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem lenkradseitig angetriebenen Zahnrad (1), welches mit zumindest einer radseitig wirkenden Zahnstange (2) in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung des Zahnrads (1) durch zwei im Wesentlichen identische konische Spiralen gebildet ist, welche einen gemeinsamen kleinsten Teilkreisdurchmesser aufweisen, welcher die Mittenposition (3) der Verzahnung des Zahnrads (1) bildet.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (2) mit zwei in einem stumpfen Winkel zueinander angeordneten Flanken (24, 25) ausgeführt ist, an denen die Verzahnung ausgebildet ist, wobei die Flanken (24, 25) eine gemeinsame Spitze bilden, weiche die Mittenposition (3) der Verzahnung ist.
Getriebeanordnung, insbesondere Lenkgetriebeanordnung, für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer lenkradseitig angetriebenen ersten Welle (4) und zumindest einer zur ersteren versetzt angeordneten radseitig wirkenden zweiten Welle (5), wobei an jeder Welle (4, 5) einander gegenüberliegend ein Zahnrad (6, 7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder (6, 7) mit zumindest einem verschiebbaren Zwischenrad (8) in Eingriff stehen und dass die Verzahnungen der Zahnräder (6, 7) jeweils durch zwei im Wesentlichen identische konische Spiralen gebildet sind, wobei die konischen Spiralen an der ersten Welle (4) einen gemeinsamen kleinsten Teilkreisdurchmesser und an der zweiten Weile (5) einen gemeinsamen größten Teilkreisdurchmesser aufweisen, welcher jeweils eine Mittenposition der Verzahnung des Zahnrads (6, 7) bildet.
Getriebeanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung der Zahnräder (6, 7) jeweils gleichgroße kleinste und gleichgroße größte Teilkreisdurchmesser aufweisen.
Getriebeanordnung für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest einer angetriebenen ersten Welle (10; 10') und mit zumindest einer abtriebsseitig wirkenden zweiten Welle (11; 11'), welche zur ersten Welle (10; 10') versetzt angeordnet ist, wobei an jeder Welle (10, 11; 10', 11') zumindest zwei mit unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern versehene Stirnräder (12, 13, 14, 15; 12', 13', 14', 15') angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen den beiden Stirnrädern (12, 13, 14, 15; 12', 13', 14', 15') jeder Welle (10, 11; 10', 11') zur Vermittlung eines kontinuierlichen Übergangs zwischen den unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern jeweils ein Übergangsrad (16, 17; 16', 17') vorgesehen ist, und dass zumindest die Stirnräder (12, 13, 14, 15; 12', 13', 14', 15') oder die Übergangräder (16, 17; 16', 17') mit zumindest einem zwischen den Stirnräder (12, 13, 14, 15; 12', 13', 14', 15') und Übergangrädern (16, 17; 16', 17') axial schaltbaren Zwischenrad (18; 18') in Eingriff stehen.
Getriebeanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die Stirnräder (12, 13, 14, 15; 12', 13', 14', 15') mit unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern und jeweils die Übergangsräder (16, 17; 16', 17') einander gegenüberliegend an den Wellen (10, 11; 10', 11') angeordnet sind.
Getriebeanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnräder (12, 13, 14, 15) und die Übergangsräder (16, 17) jeweils drehfest mit der jeweils zugeordneten Welle (10, 11) verbunden sind.
Getriebeanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangsräder (16', 17') beider Wellen (10', 11') und die Stirnräder (12', 13') der ersten Welle (10') drehfest mit den Wellen (10', 11') verbunden und die Stirnräder (14', 15') an der zweiten Welle (11') als mit dieser drehfest koppelbare Losräder ausgebildet sind, und dass ein ortsfestes Zwischenrad (19) vorgesehen ist, welches mit zwei jeweils an den Wellen (10', 11') einander gegenüberliegend angeordneten Stirnrädern (12', 14') in Eingriff steht.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Welle (10, 10', 11, 11') ein einen kleineren Teilkreisdurchmesser aufweisendes kleineres Stirnrad (13, 13'; 14, 14') und ein einen größeren Teilkreisdurchmesser aufweisendes größeres Stirnrad (12, 12'; 15, 15') angeordnet ist, wobei die kleineren Stirnräder (13, 13'; 14, 14') und die größeren Stirnräder (12, 12'; 15, 15') jeweils gleichgroße Teilkreisdurchmesser aufweisen.
Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum axialen Schalten des Zwischenrads (18; 18') zwischen den Stirnrädern (12, 13, 14, 15; 12', 13', 14', 15') und den Übergangsrädern (16, 17; 16', 17') an der Verzahnung letztere jeweils synchron zueinander angeordnete Übergangsbereiche (20, 21, 22, 23; 20', 21', 22', 23') vorgesehen sind, welche den gleichen Teilkreisdurchmesser wie die Verzahnung der zu den Übergangsrädern (16, 16'; 17, 17') jeweils benachbart angeordneten Stirnräder (12, 13, 14, 15; 12', 13', 14', 15') aufweisen.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsrad (16, 17; 16', 17') eine zwischen den Stirnrädern (12, 13, 14, 15; 12', 13', 14', 15') schräg in axiale Richtung und zumindest bereichsweise im Querschnitt ovalförmig verlaufende Verzahnung aufweist, wobei im Bereich der Hauptscheitel jeweils ein Übergangsbereich (20, 21, 22, 23; 20', 21', 22', 23') zu einem der Stirnräder (12, 13, 14, 15; 12', 13', 14', 15') ausgebildet ist.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsrad (16, 16'; 17, 17') als Stirnrad ausgebildet und exzentrisch auf der Welle (10, 10'; 11, 11') angeordnet ist.