DE1054859B - Kraftuebertragungseinrichtung, insbesondere fuer Lenkgetriebe mit einem die Handbetaetigung unterstuetzenden Kraftverstaerker, z. B. fuer Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftübertragungseinrichtung, die insbesondere für Lenkgetriebe bestimmt ist, die mit einem die Handbetätigung unterstützenden Kraftverstärker versehen sind und z. B. für Kraftfahrzeuge Verwendung finden können. Bei bekannten Einrichtungen dieser Art ist ein Kraftverstärker vorgesehen, bei dem zur Umwandlung einer drehenden Bewegung in eine geradlinige Bewegung auf einer Welle axial verschiebbar eine Büchse angeordnet ist, die in einem Zylinder, der an die Quelle eines unter Druck stehenden Strömungsmittels anschließbar ist, den Kolben eines Flüssigkeitsmotors bildet. Dabei sind Welle und Büchse mit schraübenlinienförmigen Nuten versehen, die einander zu einem zur Aufnahme von Kugeln bestimmten Kanal ergänzen.

Diese bekannten Einrichtungen haben den Nachteil, daß sie verhältnismäßig viel Platz in Anspruch nehmen. Dies hat vielfach, z. B. wenn es sich darum handelt, sie in Motorfahrzeuge einzubauen, deren Lenkgetriebe nur für Handbetätigung eingerichtet ist, zur Folge, daß der für ihren Einbau zur Verfügung stehende Raum nicht ausreicht. Der große Platzbedarf der bekannten Einrichtungen ist insbesondere auf die Ausbildung der Kugelbüchse zurückzuführen, da diese an beiden Enden in je einen Kolben auslaufende Verlängerungen aufweist.

Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß die Kugelbüchse, die in an sich bekannter

Kraftüberü-agiingseinrichtuiig,
insbesondere für Lenkgetriebe
mit einem die Handbetätigung
unterstützenden Kraftverstärker,
z.B. für Kraftfahrzeuge

Anmelder:

Ross Gear and Tool Company, Inc.,
Lafayette, Ind. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff und Dipl.-Ing. G. Puls, Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 7. Juli 1954

Weise aus zwei axial hintereinander angeordneten und gegeneinander verdrehbaren Teilen besteht, den Kolben durch flanschartige Ausbildung der beiden aneinanderliegenden Teile an deren Berührungsstelle bildet.

Bei einer solchen Ausbildung erstreckt sich der Kolben nur über die flanschartigen Teile, so daß der Zylinder wesentlich kürzer gehalten werden kann. Zugleich ermöglicht eine solche Ausbildung durch ein Verdrehen der beiden Teile zueinander die Beseitigung des toten Ganges zwischen Büchse und Welle und dadurch eine zuverlässige Führung der Büchse, ohne daß es weit auseinanderliegender Kolben bedarf.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Kraftübertragungseinrichtung;

Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung unter einem rechten Winkel gegenüber Fig. 1;

Fig. 3 ist der Grundriß der Einrichtung;

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch die Einrichtung längs der Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 ist ein Querschnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 4;

Charles Frederick Hammond, Grosse Pointe, Mich.
(V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Fig. 6 ist ein Schnitt längs der Linie 8-8 in Fig. 5; Fig. 7 zeigt im Grundriß einen derKolbenabschnitte im ausgebauten Zustand;

Fig. 8 ist ein Querschnitt längs der Linie 10-10 in Fig. 7;

Fig. 9 zeigt das Einsatzstück im Grundriß;
Fig. 10 ist ein Querschnitt längs der Linie 12-12 in Fig. 8 und zeigt den mit dem Einsatzstück zusammengebauten Abschnitt.

Die erfindungsgemäß gestaltete Kraftübertragungseinrichtung ist so konstruiert, daß sie die Basis der Lenksäule eines Motorfahrzeugs bilden kann, und besitzt Mittel (nicht dargestellt) zu ihrer Befestigung an dem Rahmen des Fahrzeugs. Die Einrichtung umfaßt ein Gehäuse A mit einem im wesentlichen zylindrischen Unterteil Aⁱ und einem Oberteil A² von kleinerem Durchmesser, welches das untere Ende der rohrförmigen Lenksäule aufnehmen kann. Zwischen dem Unterteil und dem Oberteil befindet sich ein Gehäuseteil A³, in dem ein Ventilmechanismus untergebracht ist. In dem Oberteil A² ist eine Welle B an-

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geordnet, die sich durch die Lenksäule hindurch nach unten erstreckt und deren oberes Ende mit der Welle des Lenkrades verbunden werden kann; diese Teile sind in der üblichen Weise ausgeführt und daher in den Figuren nicht dargestellt. Die Welle B ist über eine Drehmomentiibertragungseinrichtung C, C¹ mit einer Welle D verbunden, die sich nach unten durch das Gehäuseteil A¹ erstreckt, und diese Welle besitzt eine sich über ihre ganze Länge fortsetzende, schraubenlinienförmige Rille oder Nut D¹. Die Welle D ist von einer Hülse E umgeben, die an ihrer Innenfläche eine entsprechende schraubenlinienförmige Rille oder Nut E¹ aufweist, innerhalb dieser Rillen D¹ und E¹ befinden sich Kugeln F, die als Kupplungsglieder zwischen den die Rillen tragenden Bauteilen wirken, so daß bei einer Drehbewegung der Welle D mittels der Kugeln eine Axialbewegung der Hülse E hervorgerufen wird. Die Hülse E besitzt ferner einen Rückführungskanal für die Kugeln von einem Teil der schraubenlinienförmigen Rille zu einem anderen Teil dieser Rille. Die bis jetzt beschriebene, die Elemente D, E und F umfassende Konstruktion ist ein seit langem bekanntes Mittel zum Umwandeln einer drehenden in eine hin- und hergehende Bewegung und umgekehrt. Die Konstruktion besitzt jedoch gewisse besondere und vorteilhafte Merkmale, die weiter unten erläutert sind. Die Hülse £ umfaßt einen AbschnittE² von großem Durchmesser, der einen Kolben bildet, welcher in einem durch das Gehäuseteil A¹ gebildeten Zylinder gleitend beweglich ist. Mit der Hülse E ist ein Zahnstangenteil G verbunden, das sich von der Hülse aus nach unten erstreckt und in ein Zahnradsegment H auf einer sich in Querrichtung erstreckenden Schwenkwelle H¹ eingreift. Auf diese Schwenkwelle kann man einen Schwenkarm aufsetzen, der die unterhalb der Fahrzeugkarosserie angeordneten Teile des Lenkmechanismus betätigt; dieser Schwenkhebel ist jedoch in den Figuren nicht dargestellt.

Der Zylinder^¹ und der Kolben E² sind Teileeines hydraulischen Motors, der das Kraftbetätigungsmittel bildet und als solches innerhalb des gleichen beschränkten Raumes untergebracht ist, den man für die Handsteuermittel benötigt. Die Ventilmittel zum Steuern dieses hydraulischen Motors sind in dem Gehäuseteil A³ untergebracht, und als zusätzliche Elemente sind lediglich die Leitungen vorgesehen, mittels deren der hydraulische Motor mit der Pumpe des hydraulischen Systems verbunden ist.

Die Zahnstange G wird durch ein Wälzlager, z. B. das Rollenlager G¹, im Eingriff mit dem Zahnsegment H gehalten; das Rollenlager ist mit Hilfe einer Buchse auf einem exzentrischen Abschnitt G² eines in dem Gehäuse durch Drehen einstellbaren Bolzens G³ angeordnet. Das äußere Ende des Bolzens G³ ist mit einem Hebel G⁴ verbunden, der geschwenkt werden kann, um das Rollenlager G¹ in Richtung auf die Zahnstange G zu bewegen und jedes durch Verschleiß hervorgerufene Spiel zu beseitigen. Um den Hebel in der gewünschten Lage zu sichern, ist eine zum Festklemmen des Hebels dienende Kopfschraube G⁵ vorgesehen, die sich durch einen Schlitz G⁶ in dem Hebel erstreckt.

Die Hülse E besteht aus zwei Bauteilen E^z und Eⁱ, die in der Mittelebene des Kolbenabschnitts E² aneinanderstoßen und durch Kopf schrauben E⁵ (Fig. 6) fest miteinander verbunden sind. Diese Konstruktion wurde gewählt, um eine geringe Winkelverstellung der Bauteile E³ und Eⁱ gegeneinander zu ermöglichen. Ein weiteres Merkmal der Konstruktion besteht darin, daß der Querschnitt der sich ergänzenden

schraubenlinienförmigen Rillen D¹ und E¹ größer ist als der Durchmesser der Kugeln. Wenn die Abschnitte E³ und Eⁱ nicht gegeneinander verstellbar wären, würde sich hieraus ein toter Gang bei der Drehbewegung zwischen der Welle D und der Hülse E ergeben. Wenn man jedoch die beiden Hälften gegeneinander verstellt, werden die Kugeln in dem Abschnitt E³ nach oben gegen die Oberkante der Rille D¹ der Welle D gedrückt, während die

ίο Kugeln in dem unteren Abschnitt Eⁱ nach unten gegen die Unterkante der Rille D¹ der Welle gedrückt werden. Hierdurch wird jeder tote Gang zwischen dem Bauteil D und der Hülse E sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung ausgeschaltet.

Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Konstruktion besteht darin, daß es nicht erforderlich ist, die schraubenlinienförmigen Rillen D¹ und E¹ innerhalb enger Toleranzen gegenüber dem Durchmesser der Kugeln F herzustellen. Der Halbmesser der Rillen kann vielmehr in bemerkbarem Ausmaß größer sein als der Halbmesser der Kugeln, wobei trotzdem der gesamte tote Gang durch eine gegenseitige Verstellung der Bauteile E³ und Eⁱ beseitigt werden kann. Ferner ist es nicht mehr notwendig, die Rillen zu schleifen.

sondern man braucht die Rillen nur noch vor der Wärmebehandlung und dem Härten maschinell zu bearbeiten. Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß in jedem der beiden Abschnitte ein Rückführungskanal für die Kugeln vorgesehen ist. Gemäß Fig. 4 ist der Rückführungskanal E^e in dem Bauteil E³ zwischen benachbarten Windungen der schraubenlinienförmigen Rille vorgesehen, und in ähnlicher Weise ist der Rückführungskanal E⁷ in dem Bauteil Eⁱ zwischen benachbarten Windungen der schraubenlinienförmigen Rille vorgesehen. Die Außenfläche des Kolbens kann in dem Zylinder A¹ mit Hilfe eines nachgiebigen Ringes E⁸ abgedichtet sein, wobei zu beiden Seiten dieses nachgiebigen Ringes starre Ringe E⁹ vorgesehen und wobei alle diese Ringe in einer am Umfang des Kolbens E² vorgesehenen ringförmigen Nut angeordnet sind. Der Kolben E² liegt nicht an der Innenwand des Zylinders an, sondern wird durch die an der Welle D angreifende Hülse E geführt.

Die Rückführungskanäle E⁶ und E⁷ könnten in einem mit dem betreffenden Abschnitt aus einem Stück bestehenden Teil vorgesehen sein, doch würden sich bei der Herstellung erhebliche Schwierigkeiten ergeben. Diese Kanäle sind daher in getrennten Einsatzstücken vorgesehen, die in entsprechende Aussparungen der zugehörigen Abschnitte eingesetzt sind. Jedes dieser Einsatzstücke E¹⁰ (Fig. 9) besitzt in einer zu einer radialen Ebene des betreffenden Abschnitts senkrechten Ebene eine im wesentlichen rechteckige Gestalt und greift in eine an beiden Enden offene Aussparung E^is ein, die sich in der Längsrichtung des betreffenden Abschnitts erstreckt. Die Innenfläche des Bauteils E¹⁰ ist so ausgebildet, daß sie sich der Welle D anpaßt, und es sind Schulterabschnitte E¹¹ und E¹² vorgesehen, die sich an entgegengesetzte Seitenflächen der schraubenlinienförmigen Rille D¹ der Welle D anlegen. Auf diese Weise wird das Einsatzstück gezwungen, sich zusammen mit dem Bauteil, in das es eingesetzt ist, axial zu bewegen, ohne daß irgendwelche Befestigungsmittel zwischen diesen Teilen vorgesehen sind. Der Rückführungskanal, z. B. der Kanal E^e, erstreckt sich in diagonaler Richtung zu dem Bauteil E¹⁰ quer zu der Rippe zwischen benachbarten Windungen der schraubenlinienförmigen Rille D¹. Ferner erstreckt sich der Kanal diagonal zwischen benachbarten Windungs-

Claims (7)

abschnitten der schraubenlinienförmigen Rille in dem betreffenden Abschnitt und ergänzt diese Windungsabschnitte. Hierdurch entsteht ein endloser Kanal, dessen Abschnitte zusammen eine einzige Windung in dem betreffenden Abschnitt bilden, wobei sich diese Windung um die Achse der Welle erstreckt und wobei sich die Kugeln unbehindert in beiden Richtungen durch den Kanal bewegen können. Es wurde bereits erwähnt, daß das Zahnstangenteil G mit dem unteren Ende der Hülse E verbunden ist und in das Zahnsegment H eingreift. Das Wellenteil D besitzt jedoch eine solche Länge, daß es sich ganz durch das Bauteil E hindurch und über dieses Bauteil hinweg nach unten erstreckt, wenn sich die Hülse E am oberen Ende ihrer Bewegungsstrecke in dem Zylinder A1 befindet. Hierdurch würde die Abdichtung des Kolbens unterbrochen, denn das hydraulische Mittel könnte unbehindert durch den Spielraum in den schraubenlinienförmigen Rillen D1 und E1 von einer Kolbenseite zur anderen Kolbenseite strömen. Um dies zu verhindern, ist an der Hülse E ein hohles Verlängerungsstück N angebracht und gegenüber der Hülse E abgedichtet; das Verlängerungsstück N kann den unteren Endabschnitt der WelleD aufnehmen, wenn sich der Kolben am oberen Ende des Zylinders befindet. Dieses Verlängerungsstück kann aus Blech hergestellt sein, und sein Durchmesser braucht nur wenig größer zu sein als der Durchmesser der Welle D. Um zu verhindern, daß das Verlängerungsstück N an die Zahnstange G bzw. an das Zahnsegment H anstößt, sind diese Bauteile G und H gegabelt ausgeführt, so daß sie sich zu beiden Seiten des Verlängerungsstücks N erstrecken. Hieraus ergibt sich, daß der Eingriffsbereich zwischen der Zahnstange und dem Zahnsegment in Querrichtung vergrößert ist, so daß zwischen diesen Bauteilen auftretende Drehmomentbeanspruchungen besser aufgenommen werden können. Um das Zusammenbauen der Teile zu erleichtern, ist die Welleii1 zusammen mit dem Zahnsegment H in einem getrennten Gehäuseteil Ai untergebracht, das mit dem unteren Ende des Gehäuseteils A1 verbunden ist. Das Einbringen der Welle und des Zahnsegments erfolgt durch eine Öffnung auf einer Seite des Gehäuseteils Ai, wobei sich ein Stück der Welle durch eine dieser öffnung gegenüberliegende öffnung nach außen erstreckt, um mit einem Schwenkhebel verbunden werden zu können. Ein Kappenteil A5 verschließt die Einbauöffnung für die Welle, und die Welle ist in der Nähe ihrer Enden in Lagern H2 und Hs gelagert. Das Rollenlager G1 ist zusammen mit den zugehörigen Bauteilen ebenfalls an bzw. in dem Gehäuseteil A1 untergebracht. Patentansprüche: 55

1. Kraftübertragungseinrichtung, insbesondere für Lenkgetriebe mit einem die Handbetätigung unterstützenden Kraftverstärker, z. B. für Kraftfahrzeuge, bei der zur Umwandlung einer drehenden Bewegung in eine geradlinige Bewegung auf einer Welle eine Büchse axial verschiebbar angeordnet ist und Welle und Büchse mit schrauben-

linienförmigen Nuten versehen sind, die einander zu einem zur Aufnahme von Kugeln bestimmten Kanal ergänzen, wobei die Kugelbüchse in einem Zylinder, der an die Quelle eines unter Druck stehenden Strömungsmittels anschließbar ist, den Kolben eines Flüssigkeitsmotors bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die in bekannter Weise aus zwei axial hintereinanderliegenden und zur Beseitigung des toten Ganges gegeneinander verdrehbaren Teilen (E³ und Eⁱ) bestehende Kugelbüchse (E) zur Bildung des Kolbens {E²) an den aneinanderliegenden Enden der Teile (E^s und Eⁱ) flanschartig ausgebildet ist.

2. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, mit einem Rückführungskanal für die Kugeln, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Rückführungskanal {E⁶, E⁷) diagonal zwischen benachbarten Kanalwindungen (E¹) angeordnet ist.

3. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Rückführungskanal (E^e, E¹) in einem Einsatzstück (E^w) der Kugelbüchse ausgebildet ist.

4. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise das Einsatzstück (E¹⁰) in einer zu einer radialen Ebene senkrechten Ebene im wesentlichen rechteckigen Querschnitt hat und in einer an beiden Enden offenen, sich in axialer Richtung erstreckenden Aussparung (E¹³) der Büchse (E) sitzt.

5. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die zur Fläche der Welle (D) passend ausgebildete Fläche des Einsatzstückes (£¹⁰) Schulterteile (E¹¹ und £¹²) aufweist, die sich an gegenüberliegende Seiten der Wellennut anlegen, so daß das Einsatzstück dieselben axialen Bewegungen ausführt wie der Kolben (E^z).

6. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Zylinder (A¹) am unteren Ende in ein Gehäuse (Aⁱ) mündet, in dem quer zur Zylinderachse eine Schwenkwelle (Hⁱ) angeordnet ist, die ein mit einer am Kolben (E²) befestigten Zahnstange (G) im Eingriff stehendes Zahnradsegment (H) trägt.

7. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (G) und das Zahnradsegment (H) gegabelt ausgeführt sind und ein Verlängerungsstück (N) des Kolbens (E) umfassen, das zur Aufnahme des freien Endes der Welle (D) dient.

In Betracht gezogene Druckschriften :
Deutsche Patentschrift Nr. 877 560;
deutsche Patentanmeldung C 1770 XII/47 h (bekanntgemacht am 6. 9. 1951);

USA.-Patentschriften Nr. 888 619, 2 267 524,
322 000, 2 410 049, 2 488 917, 2 587 495, 2 627 187, 634 708, 2 654 265.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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