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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Für große und schwere Fahrzeuge der sogenannten Mittelklasse, der Luxusklasse, für Geländefahrzeuge und für leichte Nutzfahrzeuge wird eine Bauform der elektrischen unterstützten Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge bevorzugt, bei der die Unterstützungskraft über eine zweite Verzahnung in die Zahnstange eingeleitet wird. Hier sind Lenkgetriebe bekannt, bei denen der Servoantrieb über ein zweites Lenkritzel und eine zweite Verzahnung auf die Zahnstange wirkt. Solche Lenkgetriebe sind in den Offenlegungsschriften
DE 10 2005 022 867 A1 ,
DE 10 2007 004 218 A1 und
WO 2006/138209 A2 gezeigt. Diese Lenkgetriebe weisen ein relativ großes Bauvolumen auf, da der Servoantrieb separat neben dem Eingriff Lenkritzel/Zahnstange vorgesehen wird. Zudem muss die Führung der Zahnstange im Bereich des Lenkritzels über ein Druckstück spielfrei gehalten werden. Diese Lagerung ist mit Produktionskosten verbunden und stellt in der Praxis eine mögliche Geräuschquelle dar, die unerwünscht ist.
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Aus der
DE 10 2010 027 553 A1 ist ein Doppelritzel-Lenkgetriebe bekannt, bei dem die beiden Lenkritzel gegenüberliegend an der Zahnstange unter einem Winkel von 90° zur Zahnstange angeordnet sind. Die beiden Lenkritzel sind dabei zu einer gegensinnigen Drehung mittels Stirnräder oder Kegelräder mechanisch zwangsgekoppelt. Durch die geometrische Anordnung der Ritzel zueinander wird der Wegfall eines aufwändigen Druckstücks in der bisher bekannten Form ermöglicht. Mindestens ein Lenkritzel ist mit einem Servomotor gekoppelt, der die Lenkung unterstützt. Der Nachteil der Anordnung ist, dass aufgrund von Bauraumengpässen der Lagerstellen sowie der notwendigen Dimensionierung der mechanischen Koppelung ein bestimmter Abstand der Ritzel zueinander notwendig ist. Dieser bestimmte Abstand führt dazu, dass die Zahnstange im Verzahnungsbereich einen deutlich größeren Durchmesser aufweist, was einen Zuwachs in Gewicht und Kosten und eine große Gesamtdimension verursacht. Zudem weist die Zahnstange durch den größeren Durchmesser im Verzahnungsbereich einen Sprung in dem Durchmesser des Schafts auf, was zu fertigungstechnischen Problemen führt.
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftfahrzeuglenkung zu schaffen, deren Lenkgetriebe kompakte Abmessungen aufweist und dennoch die für schwere Kraftfahrzeuge erforderlichen Lenkhilfskräfte zur Verfügung stellen kann.
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Diese Aufgabe wird von einer Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Es ist eine Kraftfahrzeuglenkung mit einem Lenkungsgehäuse, in dem eine Zahnstange längsverschiebbar gelagert und zur Verschwenkung von lenkbaren Rädern verbunden mit diesen wirkverbunden ist, wobei die Zahnstange mit einem ersten Zahnsegment versehen ist, welches mit einem ersten Lenkritzel, aufweisend eine erste Drehachse, kämmt und wobei das Lenkritzel über eine Lenkwelle mit einem Lenkrad drehfest verbunden ist, wobei die Zahnstange ein zweites Zahnsegment aufweist, das dem ersten Zahnsegment bezüglich der Längsachse der Zahnstange gegenüber liegt, und dass ein zweites Lenkritzel vorgesehen ist, das mit dem zweiten Zahnsegment in Eingriff steht und eine zweite Drehachse aufweist, so dass die Zahnstange zwischen dem ersten Lenkritzel und dem zweiten Lenkritzel angeordnet ist, vorgesehen, bei der das erste Lenkritzel mit dem zweiten Lenkritzel zu einer gegensinnigen Drehung über zwei Stirnräder mechanisch zwangsgekoppelt ist, wobei ein Lenkritzel gegenüber dem anderen Lenkritzel in Richtung der Längsachse der Zahnstange versetzt angeordnet ist. Bei gleichbleibendem Raum für die Kopplung der Ritzel ermöglicht diese kompakte Bauweise eine Reduzierung des Zahnstangendurchmessers im Verzahnungsbereich.
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Dabei stimmt vorteilhafterweise ein durch das erste Zahnsegment definierter erster Längsabschnitt der Zahnstange wenigstens teilweise mit einem durch das zweite Zahnsegment definierten zweiten Längsabschnitt der Zahnstange überein, so dass es zu einer Überdeckung der beiden Zahnsegmente in Längsrichtung der Zahnstange kommt. Die Ritzel sind somit zwar versetzt entlang der Längsachse der Zahnstange, aber in räumlicher Nähe angeordnet.
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Die Anordnung der Ritzel wird bevorzugt durch eine Gerade, die die beiden Drehachsen der Ritzel senkrecht und die Längsachse der Zahnstange unter einem Winkel kleiner als 90° schneidet, beschrieben.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der so definierte Winkel größer als 55° und kleiner als 75°. In diesem Winkelbereich wird der Abstand der Ritzel in Längsrichtung der Zahnstange so groß, dass sich für eine Kopplung der Ritzel mittels Stirnrädern günstige geometrische Verhältnisse ergeben.
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Weiterhin bevorzugt ist, wenn die Drehachsen der Lenkritzel zueinander parallel und zur Längsachse der Zahnstange geneigt angeordnet sind.
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In den vorhergehenden Ausgestaltung ist vorzugsweise ein elektrischer Servoantrieb vorgesehen ist, der an der Lenkwelle oder an dem mit der Lenkwelle verbunden ersten Lenkritzel und/oder an dem zweiten Lenkritzel angreift.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
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1: eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeuglenkung mit zwei sich versetzt gegenüber liegenden Antriebritzeln in einer perspektivischen Darstellung, sowie
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2: den Bereich des Lenkgetriebes aus 1 in einer vergrößerten Darstellung in einem Längsschnitt.
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Die 1 zeigt eine Lenkung für ein Kraftfahrzeug mit einem Lenkrad 1, das mit einer oberen Lenkwelle 2 und einer unteren Lenkwelle 3 drehfest gekoppelt ist. Die untere Lenkwelle 3 ist wiederum drehfest mit einem ersten Lenkritzel 4 gekoppelt. Das Lenkritzel 4 kämmt in bekannter Weise mit einem Zahnsegment 5 einer Zahnstange 6. Die Zahnstange 6 ist in einem Lenkungsgehäuse 7 in Richtung ihrer Längsachse verschiebbar gelagert. An ihrem freien Ende ist die Zahnstange 6 mit Spurstangen 8 über nicht dargestellte Kugelgelenke verbunden. Die Spurstangen 8 selbst sind in bekannter Weise über Achsschenkel mit je einem gelenkten Rad 9 des Kraftfahrzeugs verbunden. Eine Drehung des Lenkrades 1 führt über die Verbindung der Lenkwelle 2 und 3 und des Ritzels 4 zu einer Längsverschiebung der Zahnstange 6 und damit zu einer Verschwenkung der gelenkten Räder 9. Die gelenkten Räder 9 erfahren über eine Fahrbahn 10 eine Rückwirkung, die der Lenkbewegung entgegen wirkt. Zum Verschwenken der Räder 9 ist folglich eine Kraft erforderlich, die ein entsprechendes Drehmoment am Lenkrad 1 erforderlich macht. Ein Servomotor 11 ist vorgesehen, um dem Fahrer bei dieser Lenkbewegung zu unterstützen. Der Servomotor 11 leitet in Anhängigkeit von einer nicht dargestellten Steuerung über ein zweites Lenkritzel 12 und ein zweites Zahnsegment 13 eine Lenkhilfskraft in die Zahnstange 6 ein.
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Die Zahnstange 6 ist im Bereich der sich gegenüber liegenden Zahnsegmente 5 und 13 mit einem etwa quadratischen Querschnitt versehen. Die Zahnsegmente 5 und 13 sind an zwei sich gegenüber liegenden Seitenflächen der Zahnstange 6 so angeordnet, dass die Drehachsen des ersten Ritzels 4 und des zweiten Ritzels 12 parallel und geneigt zur Längsachse 14 der Zahnstange 6 verlaufen. Die Zahnstange 6 ist mittig zwischen den Ritzel 4, 12 liegend angeordnet.
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Das erste Lenkritzel 4 und das zweite Lenkritzel 12 müssen sich im Betrieb gegensinnig drehen. Eine genau synchronisierte Bewegung ist für einen präzisen Antrieb der Zahnstange 6 erforderlich. Die Synchronisierung der Drehbewegungen der Ritzel 4 und 12 soll vorzugsweise nicht über die Zahnstange 6 erfolgen, sondern über eine separate hier nicht dargestellte Synchronisierung. Hierzu wird das Lenkritzel vorzugsweise mit einem ersten Stirnrad drehfest verbunden, während das zweite Lenkritzel mit einem zweiten Stirnrad drehfest verbunden ist. Die Stirnräder stehen miteinander in Eingriff. Sie weisen den gleichen Umfang auf, so dass die Drehwinkelgeschwindigkeit der beiden Ritzel identisch ist. Dies ist bei identisch ausgebildeten Eingriffen zwischen dem Ritzel 4 und dem Zahnsegment 5 einerseits und dem Ritzel 12 und dem Zahnsegment 13 andererseits erforderlich. Es kann in anderen Ausführungsformen auch vorgesehen sein, dass die Verzahnungseingriffe zu beiden Seiten der Zahnstange 6 unterschiedlich ausgebildet sind, insbesondere die beiden Ritzel einen unterschiedlichen Umfang oder Wälzkreis aufweisen. Dann muss die Synchronisierung über entsprechend angepasste Stirnräder oder andere Synchronisierungsmittel erfolgen.
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Der Getriebebereich der Lenkung aus 1 ist in der 2 in einem Längsschnitt detaillierter dargestellt.
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Die Ritzel 4, 12 sind versetzt auf gegenüberliegenden Seiten der Zahnstange 6 angeordnet. Die Lage der Ritzel 4, 12 ist durch eine Gerade beschrieben, die beide Drehachsen der Ritzel senkrecht und die Längsachse der Zahnstange in einem Punkt schneidet. Diese Gerade schneidet die Längsachse der Zahnstange 14 unter einem Winkel 15 kleiner als 90°, vorzugsweise 65° schneidet. Dadurch, dass die Ritzel 4, 12 unter einem Winkel 15 versetzt angeordnet sind, ergibt sich ein zusätzlicher Abstand der Ritzel 4, 12 zueinander, der erlaubt die Verteilungsräder ausreichend groß zu dimensionieren. Daher kann der Durchmesser der Zahnstange 6, bei einer gleichzeitigen Beibehaltung des Bauraums für die Lagerstellen, verringert werden. Durch den Versatz der Ritzel 4, 12 entlang der Zahnstange 6 in die eine oder andere Richtung kann auch die Festigkeit der Zahnstange positiv beeinflusst werden. Durch die Versatz eines Ritzels hin zum Verzahnungsende wird der Hebel um den Versatz des Ritzels kürzer, was zu einer geringeren Belastung im Bauteil führt.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt, bei denen der Servoantrieb 11 unmittelbar mit dem Ritzel 12 gekoppelt ist. Vielmehr kann auch ein elektrischer Servoantrieb auf die obere Lenkwelle 2, die untere Lenkwelle 3 oder auf das Ritzel 4 wirken. Dann wird ein Teil des auf das Ritzel 4 wirkenden Drehmoments über die Verzahnung zwischen den Kegelrädern oder bei parallelen Drehachsen der Ritzel über entsprechende Stirnräder auf das zweite Lenkritzel übertragen, so dass das an der Zahnstange 6 eingreifende Drehmoment über zwei Verzahnungseingriffe eingeleitet wird. Diese Bauform ermöglicht es, eine Lenkungskonfiguration mit einem Servomotor im Bereich der Lenksäule zu wählen, die besonders hohe Unterstützungsmomente aufbringen kann.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist es denkbar und möglich, zwei Servoantriebe, bevorzugt Elektromotoren, vorzusehen, von denen ein Servoantrieb (nicht in den Figuren dargestellt) direkt auf die obere Lenkwelle 2 oder die untere Lenkwelle 3 oder das Ritzel 4 einwirkt, während der zweite Servoantrieb 11 auf das zweite Ritzel 12 einwirkt. Dabei ist es auch denkbar und möglich, die mechanische Antriebs-Kopplung der beiden Antriebe nur über die Verzahnungen der Zahnstange darzustellen. In diesem Fall könnten die Antriebe voneinander unabhängig betrieben werden, um beispielsweise Spiele, wie sie insbesondere auch beim Wechsel der Drehrichtung auftreten können, zu dämpfen. So kann beispielsweise immer ein Antrieb zuerst umgeschaltet und der zweite Antrieb erst nach Ansteigen der Last zu- bzw. umgeschaltet werden, um ein Flankenspiel zu verhindern.
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Die erfindungsgemäße versetzte Doppelritzelanordnung erlaubt es ein Lenkgetriebe zu schaffen, das kompakte Abmessungen aufweist und dennoch die für schwere Kraftfahrzeuge erforderlichen Lenkhilfskräfte zur Verfügung stellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkrad
- 2
- obere Lenkwelle
- 3
- untere Lenkwelle
- 4
- Lenkritzel
- 5
- Zahnsegment
- 6
- Zahnstange
- 7
- Lenkungsgehäuse
- 8
- Spurstangen
- 9
- Rad
- 10
- Fahrbahn
- 11
- Servomotor
- 12
- Lenkritzel
- 13
- Zahnsegment
- 14
- Längsachse der Zahnstange
- 15
- Winkel
- 16
- Stirnrad
- 17
- Stirnrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005022867 A1 [0002]
- DE 102007004218 A1 [0002]
- WO 2006/138209 A2 [0002]
- DE 102010027553 A1 [0003]
