DE112012002447T5

DE112012002447T5 - Servolenkgetriebebaugruppe

Info

Publication number: DE112012002447T5
Application number: DE112012002447.8T
Authority: DE
Inventors: Daniel E. Williams; Kevin E. Boyle; Paul E. Jacobson; Wendell L. Gilbert; James R. Johnson
Original assignee: TRW Automotive US LLC
Current assignee: ZF Active Safety and Electronics US LLC
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2014-03-27
Also published as: WO2013066417A1; US20120312624A1

Abstract

Eine Servolenkgetriebebaugruppe (10), die zum Einschlagen lenkbarer Fahrzeugräder (50, 52) verwendet wird, weist einen Kolben (20) auf, der in einem Motorzylinder (16) angeordnet ist. Eine Reihe (44) von Zahnstangenzähnen sind mit dem Kolben (20) verbunden. Zwischen einem ersten und einem zweiten Zahn (80, 76) in der Reihe (44) von Zahnstangenzähnen ist ein erster Zahnzwischenraum (94) gebildet. Der erste Zahnzwischenraum (94) hat einen Fußabschnitt (126), der eine erste und eine zweite Ausrundung (132, 136) aufweist. Die erste Ausrundung (132) hat einen größeren Krümmungsradius (130) als die zweite Ausrundung (136). Die Krümmungsmittelpunkte der ersten und der zweiten Ausrundung (132, 136) sind beide zwischen einer Mittelachse (104) des ersten Zahnzwischenraums (94) und dem zweiten Zahnstangenzahn (76) angeordnet. Der mittlere Ritzelzahn (190) hat Seitenflächen (200) und (202) mit Zwischenabschnitten (216) und (230), die gegenüber durchgehend gekrümmten räumlichen Hüllkurven (212) und (228) versetzt sind, die Spitzenendabschnitte (208) und (222) und Fußendabschnitte (210) und (224) des mittleren Ritzelzahns enthalten.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue und verbesserte Servolenkgetriebebaugruppe und insbesondere eine Servolenkgetriebebaugruppe mit einer Reihe von Zahnstangenzähnen, die mit einem Kolben verbunden sind.
Servolenkgetriebebaugruppen der wohlbekannten einstückigen Bauart weisen einen Kolben auf, der in einem Motorzylinder angeordnet ist. Der Kolben kann eine Reihe von Zahnstangenzähnen haben, die mit einem Ritzel kämmen. Das Ritzel ist mit lenkbaren Fahrzeugrädern verbunden.
Die Leistung (Kraft), die von der Servolenkgetriebebaugruppe übertragen werden kann, ist, zumindest in gewissem Maße, durch die Festigkeit der Reihe von Zahnstangenzähnen begrenzt, die in dem Kolben gebildet sind. Der Kolben kann zur Aufnahme eines mit einem Außengewinde versehenen Nachfolgeelements gebohrt und angesenkt sein. Der Zahnstangenzahn am Ende der Reihe von Zähnen zu der Öffnung hin, durch die sich das Nachfolgeelement erstreckt, kann aufgrund des Einsenkens der Öffnung und/oder wegen Spannungskonzentrationen am Fußabschnitt des Zahns schwach sein.
Kurzfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue und verbesserte Servolenkgetriebebaugruppe zur Verwendung beim Einschlagen lenkbarer Fahrzeugräder. Die Servolenkgetriebebaugruppe kann einen Kolben aufweisen, der zur Bildung von Motorzylinderkammern mit einem Motorzylinder zusammenwirkt. Eine Ventilbaugruppe kann so betrieben werden, dass sie einen Fluidstrom zu den Motorzylinderkammern steuert. Ein Nachfolgeelement ist mit der Ventilbaugruppe und dem Kolben so verbunden, dass es den Betrieb der Ventilbaugruppe in Abhängigkeit von der Bewegung des Kolbens bewirkt. Ein Ritzel ist in kämmendem Eingriff mit einer Reihe von Zahnstangenzähnen angeordnet, die mit dem Kolben verbunden sind.
Gemäß einem der Merkmale der Erfindung hat ein zwischen Zahnstangenzähnen gebildeter Zahnzwischenraum Ausrundungen mit Radien, die in Bezug auf die Mittelachse des Zahnzwischenraums nicht symmetrisch sind. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung hat ein Zahn des Ritzels einen Seitenflächenbereich, der gegenüber einer räumlichen Hüllkurve von Spitzen- und Fußendabschnitten einer Seitenfläche des Zahns des Ritzels versetzt ist.
Die verschiedenen Merkmale der Erfindung können, wie hierein offenbart, gemeinsam verwendet werden. Alternativ dazu können die verschiedenen Merkmale einzeln oder in Kombination mit einem oder mehreren Merkmalen aus dem Stand der Technik verwendet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorstehenden und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher; darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer gemäß der vorliegenden Erfindung gebauten Servolenkgetriebebaugruppe,
2 eine vergrößerte ausschnittweise schematische Darstellung einer Reihe von Zahnstangenzähnen, die mit einem Kolben in der Servolenkgetriebebaugruppe von 1 verbunden sind,
3 eine vergrößerte ausschnittweise schematische Darstellung, in der die Krümmung von Ausrundungen an einem Fußabschnitt eines zwischen Zahnstangenzähnen der Reihe von Zahnstangenzähnen gebildeten Zahnzwischenraums gezeigt ist,
4 eine vergrößerte ausschnittweise Darstellung eines Zahns eines Ritzels, das in kämmendem Eingriff mit den Zahnstangenzähnen aus 2 angeordnet ist, und
5 eine vergrößerte ausschnittweise Darstellung eines Abschnitts des Ritzelzahns aus 4.
Beschreibung bestimmter bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
Eine gemäß der vorliegenden Erfindung gebaute Servolenkgetriebebaugruppe 10 ist schematisch in 1 dargestellt. Die Servolenkgetriebebaugruppe 10 weist ein Gehäuse 14 auf, in dem ein Motorzylinder 16 angeordnet ist. In dem Gehäuse 14 ist ein Kolben 20 angeordnet, der unter Bildung einer linken und einer rechten Motorzylinderkammer 22 bzw. 24 (in 1 betrachtet) mit dem Motorzylinder 16 zusammenwirkt.
Im Gehäuse 14 ist eine Ventilbaugruppe 28 angeordnet, die über ein Nachfolgeelement 30 mit dem Kolben 20 verbunden ist. Das Nachfolgeelement 30 hat einen Außenschraubengewindegang 32, der mit Kugeln 33 zusammenwirkt, die in einem im Kolben 20 gebildeten Innengewindegang 34 angeordnet sind. Das Nachfolgeelement 30 erstreckt sich durch eine im (in 1 betrachtet) rechten Ende des Kolbens 20 ausgebildete, angesenkte kreisförmige Öffnung 38. Längs der Mittelachse des Kolbens 20 ist eine zylindrische Bohrung 40 gebildet. Der Innengewindegang 34 ist an der Innenseite der Bohrung 40 ausgebildet und wirkt mit den Kugeln 33 so zusammen, dass das Nachfolgeelement 30 und der Kolben 20 miteinander verbunden sind.
Eine Reihe 44 von Zahnstangenzähnen sind mit dem Kolben 20 verbunden. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die Zahnstangenzähne 44 durch spanende Bearbeitung in dem Kolben 20 so hergestellt, dass die Zahnstangenzähne einstückig mit dem Kolben und durch Werkstoff des Kolbens ausgebildet sind. Die Reihe 44 von Zahnstangenzähnen kann jedoch auch getrennt vom Kolben 20 ausgebildet und am Kolben befestigt sein.
Ein Ritzel 48 ist in kämmendem Eingriff mit der Reihe 44 von Zahnstangenzähnen angeordnet. Das dargestellte Ritzel 48 ist ein Zahnsegment. Das Ritzel bzw. Zahnsegment 48 ist über ein Lenkgestänge 54 mit lenkbaren Fahrzeugrädern 50 und 52 verbunden.
Durch eine Verdrehung eines nicht gezeigten Lenkrads wird die Ventilbaugruppe 28 so betätigt, dass sich der Fluiddruck in den Motorzylinderkammern 22 und/oder 24 ändert. Mit der Änderung des Fluiddrucks in den Motorzylinderkammern 22 und/oder 24 bewegt sich der Kolben 20 längs einer geraden Längsmittelachse 60 der Servolenkgetriebebaugruppe 10. Die Achse 60 fällt mit Mittelachsen des Motorzylinders 16, des Kolbens 20 und des Nachfolgeelements 30 zusammen. Durch eine axiale Bewegung des Kolbens 20, d. h. eine Bewegung des Kolbens 20 längs der Achse 60 relativ zum Gehäuse 14, werden die Zahnstangenzähne 44 längs der Achse 60 bewegt. Dabei wird durch das Zusammenwirken der Zahnstangenzähne 44 mit Zähnen am Ritzel (Zahnsegment) 48 eine Quer- bzw. Segmentwelle 64 so verdreht, dass das Lenkgestänge 54 in bekannter Weise betätigt wird. Die Betätigung des Lenkgestänges 54 wirkt so, dass die lenkbaren Fahrzeugräder 50 und 52 eingeschlagen werden.
Die lineare Reihe 44 von Zahnstangenzähnen hat eine Längsmittelachse 68, die parallel zur Längsmittelachse 60 der Servolenkgetriebebaugruppe 10 verläuft. Die Längsmittelachse 68 der Reihe 44 von Zahnstangenzähnen wird während der Bewegung des Kolbens 40 im Motorzylinder 16 und während der Drehung des Ritzels 48 parallel zur Längsmittelachse 60 der Servolenkgetriebebaugruppe 10 gehalten. Die Bauart und Betriebsweise der Servolenkgetriebebaugruppe 10 insgesamt ist die gleiche wie in den US-Patenten Nr. 3,741,074 , 6,546,322 und 7,484,588 offenbart.
Die Reihe 44 von Zahnstangenzähnen weist zwei vollständig ausgebildete Zahnstangenzähne 74 und 76 (2) und zwei teilweise ausgebildete Zahnstangenzähne 78 und 80 auf. Die teilweise ausgebildeten Zahnstangenzähne 78 und 80 sind an entgegengesetzten Enden der geraden Reihe 44 von Zahnstangenzähnen angeordnet. Es sollte klar sein, dass die Reihe 44 von Zahnstangenzähnen entweder eine größere oder eine kleinere Anzahl an Zahnstangenzähnen aufweisen kann. Es sollte ferner klar sein, dass die Reihe 44 von Zahnstangenzähnen anstelle von vollständig ausgebildeten und teilweise ausgebildeten Zahnstangenzähnen eventuell nur vollständig ausgebildete Zahnstangenzähne aufweist.
Zwischen den Zahnstangenzähnen 74 und 76 ist ein mittlerer Zahnzwischenraum 84 (2) gebildet. Der Zahnzwischenraum 84 hat eine Mittelachse 86, die senkrecht zur Längsmittelachse 68 der Reihe 44 von Zahnstangenzähnen verläuft und sie schneidet. Die Zahnzwischenraumachse 86 verläuft senkrecht zur Längsmittelachse 60 (1) der Servolenkgetriebebaugruppe 10 und schneidet sie. Die Mittelachse 86 (2) des Zahnzwischenraums 84 schneidet zwar die Achsen 60 und 68 (1 und 2) und verläuft senkrecht zu diesen, die Mittelachse 86 des Zahnzwischenraums 84 kann jedoch auch in einem Winkel schräg zu den Achsen 60 und 68 verlaufen und schneidet, falls erwünscht, die Achsen 60 und 68 eventuell nicht.
In ähnlicher Weise sind die Zahnzwischenräume 92 und 94 (2) angrenzend an entgegengesetzte Enden der Reihe 44 von Zahnstangenzähnen gebildet. Der Zahnzwischenraum 92 hat eine Mittelachse 100, die parallel zur Mittelachse 86 des Zahnzwischenraums 84 und senkrecht zur Längsmittelachse 68 der Reihe 44 von Zahnstangenzähnen verläuft und die Längsmittelachse 68 schneidet. In ähnlicher Weise hat der Zahnzwischenraum 94 eine Mittelachse 104, die parallel zu den Zahnzwischenraumachsen 86 und 100 verläuft und die Längsmittelachse 68 der Reihe 44 von Zahnstangenzähnen schneidet. Bei der dargestellten Ausführungsform verlaufen die Mittelachsen 86, 100 und 104 der Zahnzwischenräume 84, 92 und 94 parallel zueinander und senkrecht sowohl zur Längsmittelachse 68 der Reihe 44 von Zahnstangenzähnen als auch zur Mittelachse 60 der Servolenkgetriebebaugruppe 10.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind drei Zahnzwischenräume vorhanden, nämlich die Zahnzwischenräume 84, 92 und 94. Bei Bedarf könnte eine größere oder kleinere Anzahl an Zahnzwischenräumen vorhanden sein. Der Zahnzwischenraum 84 ist flacher als die beiden anderen Zahnzwischenräume. Der Abstand von einem Grund- oder Fußabschnitt 110 des Zahnzwischenraums 84 zum Scheitel (Kopffläche) 112 bzw. 114 der Zahnstangenzähne 74 bzw. 76 in einer Richtung parallel zur Mittelachse 86 des Zahnzwischenraums 84 gemessen ist somit kleiner als der Abstand von der Kopffläche 116 des Zahns 78 oder der Abstand von der Kopffläche 112 des Zahns 74 zum Grund- oder Fußabschnitt 120 des Zahnzwischenraums 92, parallel zur Mittelachse 100 des Zahnzwischenraums 92 gemessen. Der Abstand von der Kopffläche 114 des Zahnstangenzahns 76 oder der Kopffläche 124 des Zahnstangenzahns 80 zum Grund- oder Fußabschnitt 126 des Zahnzwischenraums 90 ist geringfügig größer als der Abstand von der Kopffläche 112 bzw. 116 des Zahns 74 bzw. 78 zum Grund- oder Fußabschnitt 120 des Zahnzwischenraums 92, parallel zur Mittelachse 100 des Zahnzwischenraums 92 gemessen.
Gemäß einem der Merkmale der vorliegenden Erfindung ist der Zahnzwischenraum 94 asymmetrisch. Somit ist die Ausführung des in 2 betrachtet links von der Mittelachse 104 des Zahnzwischenraums 94 gelegenen Bereichs des Zahnzwischenraums 94 von der Ausführung des in 2 betrachtet rechts von der Mittelachse 104 des Zahnzwischenraums 94 gelegenen Bereichs des Zahnzwischenraums verschieden. Die Zahnzwischenräume 84 und 92 sind zwar unterschiedlich groß, aber diese Zahnzwischenräume sind jeweils um ihre Mittelachse symmetrisch. Der Zahnzwischenraum 84 ist also um die Achse 86 symmetrisch und der Zahnzwischenraum 92 ist um die Achse 100 symmetrisch.
Der Zahnzwischenraum 94 ist um die Achse 104 nicht symmetrisch. Dies liegt daran, dass ein Krümmungsradius 130 einer in den 2 und 3 betrachtet rechten Ausrundung 132 größer als ein Krümmungsradius 134 einer in den 2 und 3 betrachtet linken Ausrundung 136 ist. Ein Krümmungsmittelpunkt 140 (3) der rechten Ausrundung 132 befindet sich auf derselben Seite des Mittelachse 104 des Zahnzwischenraums 94 wie ein Krümmungsmittelpunkt 142 (3) der linken Ausrundung 136. Somit sind die Krümmungsmittelpunkte 140 und 142 der rechten Ausrundung 132 bzw. der linken Ausrundung 136 beide von der Mittelachse 104 des Zahnzwischenraums 94 in 3 betrachtet nach links versetzt.
Die rechte Ausrundung 132 ist der konkave Bereich des Profils des Zahns 76 in einer durch die Mittelachse 68 (2) der Reihe 44 von Zahnstangenzähnen und durch die Mittelachse 60 (1) der Servolenkgetriebebaugruppe 10 verlaufenden Ebene betrachtet. Die durchgehend gekrümmt verlaufende rechte Ausrundung 132 (3) erstreckt sich von der Flanke des Zahns 80 zum Grund 126 des Zahnzwischenraums 94. Der Krümmungsradius 130 der rechten Ausrundung 132 ist derart, dass eine durchgehend gekrümmt verlaufende bogenförmige Seitenfläche 148 der rechten Ausrundung tangential zur Flankenfläche 146 des Zahns 80 ist. Zudem hat die Fläche 148 der rechten Ausrundung 132 eine glatte Schnittlinie mit einer durchgehend gekrümmt verlaufenden Fläche 152 der linken Ausrundung 136. Der Grund- oder Fußabschnitt 126 des Zahnzwischenraums 94 ist von den beiden Ausrundungen 132 und 136 gebildet und weist keine lineare Oberfläche zwischen den beiden Ausrundungen auf.
Der Krümmungsradius 134 der linken Ausrundung 136 ist kleiner als der Krümmungsradius 130 der rechten Ausrundung 132. Daher ist die durchgehend gekrümmt verlaufende bogenförmige Fläche 152 (3) der linken Ausrundung 136 an einer Stelle, die näher am Grund 126 des Zahnzwischenraums 94 liegt als die Stelle, an der die Fläche 148 der rechten Ausrundung 132 tangential zur Flankenfläche 146 des Zahns 80 ist, tangential zur Flankenfläche 154 des Zahns 76. Die durchgehend gekrümmt verlaufenden Flächen 148 und 152 der rechten bzw. der linken Ausrundung 132 bzw. 136 haben eine nahtlose Schnittlinie miteinander, so dass der Grund 126 des Zahnzwischenraums 94 frei von Spannungen hervorrufenden Diskontinuitäten ist.
Indem die Fläche 148 der rechten Ausrundung 132 des Zahnzwischenraums 94 mit einem relativ großen Krümmungsradius 130 ausgebildet ist, ist die Menge an Metall im Zahn 80 so erhöht, dass dadurch die Festigkeit des Zahns 80 erhöht ist. Da die rechte und die linke Ausrundung 132 bzw. 152 eine glatte Fläche haben und durchgehend gekrümmt sind, sind keine Diskontinuitäten im Grund- bzw. Fußabschnitt 126 des Zahnzwischenraums 94 vorhanden. Das Material, das dem Zahn 80 aufgrund eines relativ großen Krümmungsradius für die rechte Ausrundung 132 hinzugefügt ist, verstärkt den Zahn 80, so dass eine relativ große Betriebslast zwischen dem Zahn 80 und dem Ritzel 48 (1) übertragen werden kann.
Die Zahnzwischenräume 84 und 92 sind um ihre Mittelachse 86 bzw. 100 symmetrisch (2). Die rechte Ausrundung 160 für den Zahnzwischenraum 84 hat also einen Krümmungsradius 162, der der gleiche wie der Krümmungsradius 164 einer linken Ausrundung 166 ist. Die Krümmungsmittelpunkte der rechten und der linken Ausrundung 160 bzw. 166 des Zahnzwischenraums 84 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Mittelachse 86 des Zahnzwischenraums 84 gelegen. Indem die Ausrundungen 160 und 166 mit gleichen Krümmungsradien gebildet sind, ist der Grund- oder Fußabschnitt 110 des Zahnzwischenraums 84 mit einer symmetrischen Ausgestaltung gebildet.
Der Zahnzwischenraum 92 ist ähnlich wie der Zahnzwischenraum 84, außer dass der Zahnzwischenraum 92 tiefer als der Zahnzwischenraum 84 ist. Der Zahnzwischenraum 92 ist um die Mittelachse 100 des Zahnzwischenraums symmetrisch. Die rechte Ausrundung 170 des Zahnzwischenraum 92 hat einen Krümmungsradius 172, welcher der gleiche wie ein Krümmungsradius 174 der linken Ausrundung 176 ist. Die Krümmungsmittelpunkte der Ausrundungen 170 und 176 des Zahnzwischenraums 92 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Mittelachse 100 des Zahnzwischenraums 92 gelegen. Dadurch, dass die Ausrundungen 170 und 176 mit gleichen Krümmungsradien ausgebildet sind, ist der Grund- oder Fußabschnitt 120 des Zahnzwischenraums 92 mit einer symmetrischen Ausgestaltung gebildet.
Das Ritzel 48 (1) hat eine Reihe von Ritzelzähnen, die mit der Reihe 44 von Zahnstangenzähnen kämmen. Die Reihe von Ritzelzähnen weist einen linken und einen rechten Endzahn 184 bzw. 186 auf, die an entgegengesetzten Enden der bogenförmigen Anordnung von Ritzelzähnen angeordnet sind. Ferner ist zwischen den Endzähnen 184 und 186 ein mittlerer Ritzelzahn 190 angeordnet. Die Endzähne 184 und 186 haben die gleiche Ausführung und wirken auf die gleiche Weise mit den Zahnzwischenräumen 92 und 94 (2) in der Reihe 44 von Zahnstangenzähnen zusammen. Der mittlere Ritzelzahn 190 ist jedoch breiter als die Endzähne 184 und 186 und erstreckt sich eine kürzere Strecke radial nach außen als die Endzähne 184 und 186, damit der mittlere Zahn 190 mit dem relativ breiten und flachen mittleren Zahnzwischenraum 84 in der Reihe 44 von Zahnstangenzähnen zusammenwirken kann.
Die Ritzel- oder Zahnsegmentzähne 184, 186 und 190 (1) sind axial verjüngt, das heißt in einer Richtung längs der Längsmittelachse der Quer- oder Segmentwelle 64. Die sich axial verjüngende Ausführung der Segmentzähne 184, 186 und 190 ermöglicht, dass freies Spiel zwischen den Ritzelzähnen 184, 186 und 190 und den Zahnstangenzähnen 74, 76, 78 und 80 bei Geradeausfahrt der lenkbaren Fahrzeugräder 50 und 52 beseitigt wird. Zur Beseitigung des freien Spiels zwischen den Zahnstangenzähnen 74, 76, 78 und 80 und den Ritzelzähnen 184, 186 und 190 wird das Ritzel axial längs der Mittelachse der Quer- oder Segmentwelle 64 bewegt.
Die Zahnstangenzähne 74, 76, 78 und 80 haben eine konstante Teilung. Der Teilkreisradius der Ritzelzähne 184, 186 und 190 nimmt jedoch von einem kleinsten Radius am mittleren Zahn 190 zu einem größten Teilkreisradius an den Endzähnen 184 und 186 zu (1). Dadurch lässt sich die Drehrate des Ritzels 48 mit einer konstanten Verschieberate der Zahnstangenzähne 44 und des Kolbens 20 verändern.
Die Ritzelzähne 184, 186 und 190 haben eine relativ große Zahnstärke im Rollkreis, um die Festigkeit der Ritzelzähne zu maximieren. Darüber hinaus ist die Erstreckung der Ritzelzähne 184, 186 und 190 entlang einem Kreis mit konstantem Durchmesser, mit einem Radius, der nur geringfügig größer als der Zahnfußradius der Ritzelzähne ist, minimiert. Die Minimierung der bogenförmigen Erstreckung der Ritzelzähne ermöglicht die kürzeste Ausführung von Zahnstange und Ritzel mit dem größten Ausmaß der Drehung des Ritzels 48 um seine Mittelachse.
Gemäß einem der Merkmale der vorliegenden Erfindung hat der mittlere Zahn 190 (1) des Ritzels 48 eine erhöhte Stelle an jeder Flankenfläche des Zahns. Diese erhöhten Stellen ermöglichen dann ein geringfügiges Spiel zwischen den Ritzelzähnen 184, 186 und 190 und den Zahnstangenzähnen 74, 76, 78 und 80, wenn das Ritzel 48 aus einem Mittelzustand versetzt ist, das heißt, wenn die lenkbaren Fahrzeugräder 50 und 52 eingeschlagen worden sind. Dieses geringe Spiel ist zur Verringerung von Reibung zwischen den Zahnstangenzähnen 74, 76, 78 und 80 und den Ritzelzähnen 184, 186 und 190 wirkungsvoll, wenn die lenkbaren Fahrzeugräder 50 und 52 nicht in einem Zustand der Geradeausfahrt sind. Diese Verringerung von Reibung zwischen den Zahnradzähnen ermöglicht es dem Ritzel 48 und der Zahnstange, zu einem Zustand der Geradeausfahrt zurückzukehren. Die Erstreckung der erhöhten Stellen entlang der Flanken des mittleren Zahns 190 des Ritzels 48 ist derart, dass sich jede erhöhte Stelle von einem Bereich mit konstanter Lenkungsübersetzung zu einem Bereich mit variabler Lenkungsübersetzung des mittleren Radzahnes 190 erstreckt.
Der mittlere Radzahn 190 ist schematisch in 4 dargestellt. Der mittlere Zahn 190 des Ritzels 48 weist eine linke und eine rechte Seitenfläche 200 bzw. 202 auf, die sich zwischen einem Spitzenende 204 und einem Zahnfußende 206 des mittleren Zahns 190 erstrecken.
Die linke Seitenfläche 200 (4) des mittleren Zahns 190 weist angrenzend an das Spitzenende 204 des mittleren Zahns einen Spitzenendabschnitt 208 auf. Die linke Seitenfläche 200 des mittleren Zahns 190 weist angrenzend an das Zahnfußende 206 des mittleren Zahns einen Fußendabschnitt 210 auf. Der Spitzenendabschnitt 208 und der Fußendabschnitt 210 der linken Seitenfläche sind als Teil einer durchgehend gekrümmten räumlichen Hüllkurve 212 gebildet. Zwischen dem Spitzenendabschnitt 208 und dem Fußendabschnitt 210 ist ein Zwischenabschnitt oder Abschnitt 216 mit erhöhter Stelle der linken Seitenfläche 200 angeordnet. Der Zwischenabschnitt 216 der Seitenfläche 200 des mittleren Zahns 190 ist gegenüber der durchgehend gekrümmten räumlichen Hüllkurve 212 in einer Richtung weg von der rechten Seitenfläche 202 des mittleren Zahns 190 versetzt.
In ähnlicher Weise weist die rechte Seitenfläche 202 (4) des mittleren Zahns 190 einen Spitzenendabschnitt 222 und einen Fußendabschnitt 224 auf. Die durchgehend gekrümmte rechte Seitenfläche 202 hat eine durchgehend gekrümmte räumliche Hüllkurve 228. Zwischen dem Spitzenendabschnitt 222 und dem Fußendabschnitt 224 der rechten Seitenfläche ist ein Zwischenabschnitt 230 der rechten Seitenfläche 202 angeordnet. Der Zwischenabschnitt 230 der rechten Seitenfläche 202 ist gegenüber der durchgehend gekrümmten räumlichen Hüllkurve 228, die den Spitzenendabschnitt 222 und den Fußendabschnitt 224 des rechten Seitenbereichs 202 enthält, in einer Richtung weg von der linken Seitenfläche 200 versetzt.
Der Zwischenabschnitt 230 der rechten Seitenfläche 202 ist schematisch in 5 dargestellt. Der Abstand zwischen der räumlichen Hüllkurve 228 und dem Zwischenabschnitt 230 des rechten Seitenbereichs 202 ist in 5 der Klarheit der Darstellung halber etwas übertrieben. Die Erstreckung des Zwischenabschnitts 230 des rechten Seitenbereichs 202 ist derart, dass die Mitte des Zwischenabschnitts 230 dann auf einer Teillinie 236 des mittleren Zahns 190 des Ritzels 48 gelegen ist, wenn sich die lenkbaren Fahrzeugräder 50 und 52 (1) in einem Geradeausfahrtzustand befinden. Der Zwischenabschnitt 230 der rechten Seitenfläche 202 bleibt auf der Teillinie 236, wenn das Ritzel 48 um etwa 3 (drei) bis 5 (fünf) Grad von einem Ausgangs- oder Geradeausfahrtzustand der lenkbaren Fahrzeugräder 50 und 52 und der Lenkgetriebebaugruppe 10 verdreht wird.
Zwar ist der Zwischenabschnitt 230 nur für die rechte Seite 202 des mittleren Zahns 190 des Ritzels 48 schematisch in 5 veranschaulicht, es sollte aber klar sein, dass der Zwischenabschnitt 216 des linken Seitenbereichs 230 des mittleren Zahns 190 abgesehen davon, dass er spiegelbildlich ist, die gleiche Ausgestaltung wie der Zwischenabschnitt 230 der rechten Seitenfläche 202 hat. Die beiden Zwischenabschnitte 216 und 230 sehen erhöhte Stellen über den mittleren Zahn 190 des Ritzels 48 vor. Die beiden erhöhten Stellen, die von den Zwischenabschnitten 216 und 230 der Seitenflächen 200 bzw. 202 des mittleren Zahns 190 gebildet sind, sorgen dann für eine Verringerung der Reibung zwischen den Ritzelzähnen und den Zahnstangenzähnen, wenn das Ritzel um einen kurzen Weg, zum Beispiel von drei bis fünf Grad, aus einem mittigen oder Geradeausfahrtzustand verdreht worden ist. Durch die Verringerung der Reibung zwischen den Radzähnen können die Radzähne ohne weiteres in einen mittigen bzw. Geradeausfahrtzustand zurückkehren.
Der Spitzenendabschnitt 208 der linken Seitenfläche 200 des mittleren Zahns 190 (4) ist als eine Reihe von Spitzenendabschnittsevolventen ausgebildet. In ähnlicher Weise ist der Fußendabschnitt 210 der linken Seitenfläche 200 des mittleren Zahns 190 als eine Reihe von Fußendabschnittsevolventen ausgebildet. Die Spitzenendabschnittsevolventen, die den Spitzenendabschnitt 208 des mittleren Zahns 190 bilden, haben Grundkreise, deren Durchmesser von den Durchmessern der Grundkreise verschieden sind, die die Fußendabschnittsevolventen bilden. Die den Fußendabschnitt 210 und den Spitzenendabschnitt 208 der linken Seitenfläche 200 bildenden Evolventen bilden Abschnitte der durchgehend gekrümmten räumlichen Hüllkurve 212.
Der Spitzenendabschnitt 222 der rechten Seitenfläche 202 des mittleren Zahns 190 ist als eine Reihe von Spitzenendabschnittsevolventen ausgebildet. In ähnlicher Weise ist der Fußendabschnitt 224 der rechten Seitenfläche 202 des mittleren Zahns 190 als eine Reihe von Fußendabschnittsevolventen ausgebildet. Die Evolventen, die den Fußendabschnitt 224 der rechten Seitenfläche 202 bilden, haben Grundkreisdurchmesser, die von den Grundkreisdurchmessern der Evolventen verschieden sind, die den Spitzenendabschnitt 222 der rechten Seitenfläche 202 bilden. Die den Fußendabschnitt 224 und den Spitzenendabschnitt 222 der rechten Seitenfläche 202 bildenden Evolventen sind als Abschnitte der durchgehend räumlichen Hüllkurve 228 gebildet.
In Anbetracht der vorstehenden Beschreibung ist es offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung eine neue und verbesserte Servolenkgetriebebaugruppe 10 zur Verwendung beim Einschlagen lenkbarer Fahrzeugräder 50 und 52 schafft. Die Servolenkgetriebebaugruppe 10 kann einen Kolben 20 aufweisen, der zur Bildung von Motorzylinderkammern 22 und 24 mit einem Motorzylinder 16 zusammenwirkt. Eine Ventilbaugruppe 28 kann so betrieben werden, dass sie einen Fluidstrom zu den Motorzylinderkammern 22 und 24 steuert. Ein Nachfolgeelement 30 ist mit der Ventilbaugruppe 28 und dem Kolben 20 so verbunden, dass es den Betrieb der Ventilbaugruppe 28 in Abhängigkeit von der Bewegung des Kolbens bewirkt. Ein Ritzel 48 ist in kämmendem Eingriff mit einer Reihe 44 von Zahnstangenzähnen angeordnet, die mit dem Kolben verbunden sind.
Gemäß einem der Merkmale der Erfindung hat ein zwischen Zahnstangenzähnen 76 und 80 gebildeter Zahnzwischenraum 94 Ausrundungen 132 und 136 mit Radien 130 bzw. 134, die in Bezug auf die Mittelachse 104 des Zahnzwischenraums 94 nicht symmetrisch sind. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung hat ein Zahn 190 des Ritzels 48 einen Seitenflächenbereich 216 bzw. 230, der gegenüber einer räumlichen Hüllkurve 212 bzw. 228 von Spitzen- und Fußendabschnitten 208 bzw. 210 sowie 222 bzw. 224 einer Seitenfläche des Zahns 190 des Ritzels 48 versetzt ist.
In Anbetracht der obigen Beschreibung wird es dem Fachmann bewusst werden, dass Modifikationen und Änderungen in der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, und solche Modifikationen und Änderungen sollen von den angehängten Ansprüchen abgedeckt sein. Die verschiedenen Merkmale der Erfindung können, wie hierein offenbart, gemeinsam verwendet werden. Alternativ dazu können die verschiedenen Merkmale einzeln oder in Kombination mit einem oder mehreren Merkmalen aus dem Stand der Technik verwendet werden.

Claims

Servolenkgetriebebaugruppe zur Verwendung beim Einschlagen lenkbarer Fahrzeugräder, wobei die Servolenkgetriebebaugruppe Folgendes umfasst: ein Gehäuse mit einem Motorzylinder, einen im Motorzylinder angeordneten Kolben, der mit dem Motorzylinder so zusammenwirkt, dass eine erste und eine zweite Motorzylinderkammer gebildet sind, eine mit dem Gehäuse verbundene Ventilbaugruppe, die so betrieben werden kann, dass sie einen Fluidstrom zur ersten und zur zweiten Motorzylinderkammer steuert, ein Nachfolgeelement, das mit der Ventilbaugruppe und dem Kolben so verbunden ist, dass es den Betrieb der Ventilbaugruppe in Abhängigkeit von einer Bewegung des Kolbens bewirkt, wobei das Nachfolgeelement sich in eine in einem ersten Endabschnitt des Kolbens gebildete Öffnung erstreckt, eine Reihe von Zahnstangenzähnen, die mit dem Kolben verbunden sind, wobei die Reihe von Zahnstangenzähnen wenigstens einen Abschnitt eines ersten Zahnstangenzahns an einem Ende der Reihe von Zahnstangenzähnen, der angrenzend an den ersten Endabschnitt des Kolbens angeordnet ist, und einen zweiten Zahnstangenzahn aufweist, der angrenzend an den ersten Zahnstangenzahn angeordnet und vom ersten Zahnstangenzahn in einer Richtung weg vom ersten Endabschnitt des Kolbens beabstandet ist, wobei ein erster Zahnzwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnstangenzahn gebildet ist und einen Zahnfußabschnitt hat, der eine erste Ausrundung mit einer durchgehend gekrümmten Fläche, die sich von einer Flankenfläche des ersten Zahns zum zweiten Zahn hin erstreckt, und eine zweite Ausrundung mit einer durchgehend gekrümmten Fläche aufweist, die sich von einer Flankenfläche des zweiten Zahns zum ersten Zahn hin erstreckt, wobei die durchgehend gekrümmte Fläche der ersten Ausrundung einen größeren Krümmungsradius als die durchgehend gekrümmte Fläche der zweiten Ausrundung hat, und ein Ritzel, das in kämmendem Eingriff mit den Zahnstangenzähnen angeordnet ist.
Servolenkgetriebebaugruppe nach Anspruch 1, bei der der erste Zahnzwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnstangenzahn gebildet ist und eine Mittelachse hat, die quer zu einer Längsmittelachse der Reihe von Zahnstangenzähnen verläuft, wobei die durchgehend gekrümmten Flächen der ersten und der zweiten Ausrundung Krümmungsmittelpunkte haben, die zwischen der Mittelachse des ersten Zahnzwischenraums und dem zweiten Zahnstangenzahn gelegen sind.
Servolenkgetriebebaugruppe nach Anspruch 1, bei der die Reihe von Zahnstangenzähnen einen dritten Zahnstangenzahn, der an einem dem ersten Zahnstangenzahn entgegengesetzten Ende der Reihe von Zahnstangenzähnen angeordnet ist, und einen vierten Zahnstangenzahn aufweist, der angrenzend an den dritten Zahnstangenzahn angeordnet und vom dritten Zahnstangenzahn in einer Richtung zum ersten Endabschnitt des Kolbens hin beabstandet ist, wobei ein zweiter Zahnzwischenraum zwischen dem dritten und dem vierten Zahnstangenzahn gebildet ist und einen Zahnfußabschnitt hat, der eine dritte Ausrundung mit einer durchgehend gekrümmten Fläche, die sich von einer Flankenfläche des dritten Zahns zum vierten Zahn hin erstreckt, und eine vierte Ausrundung mit einer durchgehend gekrümmten Fläche aufweist, die sich von einer Flankenfläche des vierten Zahns zum dritten Zahn hin erstreckt, wobei die durchgehend gekrümmte Fläche der dritten Ausrundung den gleichen Krümmungsradius wie die durchgehend gekrümmte Fläche der vierten Ausrundung hat.
Servolenkgetriebebaugruppe nach Anspruch 3, bei der der zwischen dem dritten und dem vierten Zahnstangenzahn gebildete zweite Zahnzwischenraum eine Mittelachse hat, die quer zur Längsmittelachse der Reihe von Zahnstangenzähnen verläuft, wobei die durchgehend gekrümmten Flächen der dritten und der vierten Ausrundung Krümmungsmittelpunkte haben, die auf gegenüberliegenden Seiten der Mittelachse des zweiten Zahnzwischenraums gelegen sind.
Servolenkgetriebebaugruppe nach Anspruch 1, bei der das Ritzel eine Reihe von Ritzelzähnen aufweist, wobei einer der Ritzelzähne eine erste und eine zweite Seitenfläche hat, wobei die erste Seitenfläche des einen der Ritzelzähne einen Spitzenendabschnitt und einen Fußendabschnitt hat, die als Abschnitte einer ersten Krümmung mit einer durchgehend gekrümmten räumlichen Hüllkurve gebildet sind, wobei die erste Seitenfläche des einen der Ritzelzähne einen Zwischenabschnitt hat, der zwischen dem Spitzen- und dem Fußendabschnitt der ersten Seitenfläche angeordnet ist, wobei der Zwischenabschnitt der ersten Seitenfläche des einen der Ritzelzähne gegenüber der durchgehend gekrümmten räumlichen Hüllkurve der ersten Krümmung in einer Richtung weg von der zweiten Seitenfläche des einen der Ritzelzähne versetzt ist, wobei die zweite Seitenfläche des einen der Ritzelzähne einen Spitzenendabschnitt und einen Fußendabschnitt hat, die als Abschnitte einer zweiten Krümmung mit einer durchgehend gekrümmten räumlichen Hüllkurve gebildet sind, wobei die zweite Seitenfläche des einen der Ritzelzähne einen Zwischenabschnitt hat, der zwischen dem Spitzen- und dem Fußendabschnitt der zweiten Seitenfläche angeordnet ist, wobei der Zwischenabschnitt der zweiten Seitenfläche des einen der Ritzelzähne gegenüber der durchgehend gekrümmten räumlichen Hüllkurve der zweiten Krümmung in einer Richtung weg von der ersten Seitenfläche des einen der Ritzelzähne versetzt ist.
Servolenkgetriebebaugruppe nach Anspruch 5, bei der der Spitzenendabschnitt der ersten Seitenfläche des einen der Ritzelzähne wenigstens teilweise als eine erste Reihe von Spitzenendabschnittsevolventen ausgebildet ist, der Fußendabschnitt der ersten Seitenfläche des einen der Ritzelzähne wenigstens teilweise als eine zweite Reihe von Fußendabschnittsevolventen ausgebildet ist, die erste Reihe von Spitzenendabschnittsevolventen Evolventen aufweist, die Grundkreisdurchmesser haben, die von Grundkreisdurchmessern der ersten Reihe von Fußendabschnittsevolventen verschieden sind, wobei der Spitzenendabschnitt der zweiten Seitenfläche des einen der Ritzelzähne wenigstens teilweise als eine zweite Reihe von Spitzenendabschnittsevolventen ausgebildet ist, der Fußendabschnitt der zweiten Seitenfläche des einen der Ritzelzähne wenigstens teilweise als eine zweite Reihe von Fußendabschnittsevolventen ausgebildet ist, die zweite Reihe von Spitzenendabschnittsevolventen Evolventen aufweist, die Grundkreisdurchmesser haben, die von Grundkreisdurchmessern der zweiten Reihe von Fußendabschnittsevolventen verschieden sind.
Servolenkgetriebebaugruppe nach Anspruch 5, bei der das Ritzel einen Teilkreisdurchmesser hat, der mit einer Winkelverschiebung des Ritzels um einen vorbestimmten bogenförmigen Weg fortschreitend zunimmt.
Servolenkgetriebebaugruppe zur Verwendung beim Einschlagen lenkbarer Fahrzeugräder, wobei die Servolenkgetriebebaugruppe Folgendes umfasst: ein Gehäuse mit einem Motorzylinder, einen im Motorzylinder angeordneten Kolben, der mit dem Motorzylinder so zusammenwirkt, dass eine erste und eine zweite Motorzylinderkammer gebildet sind, eine mit dem Gehäuse verbundene Ventilbaugruppe, die so betrieben werden kann, dass sie einen Fluidstrom zur ersten und zur zweiten Motorzylinderkammer steuert, ein Nachfolgeelement, das mit der Ventilbaugruppe und dem Kolben so verbunden ist, dass es den Betrieb der Ventilbaugruppe in Abhängigkeit von einer Bewegung des Kolbens bewirkt, wobei das Nachfolgeelement sich in eine in einem ersten Endabschnitt des Kolbens gebildete Öffnung erstreckt, eine Reihe von Zahnstangenzähnen, die mit dem Kolben verbunden sind, und ein Ritzel, das in kämmendem Eingriff mit den Zahnstangenzähnen angeordnet ist wobei das Ritzel eine Reihe von Ritzelzähnen aufweist, wobei einer der Ritzelzähne eine erste und eine zweite Seitenfläche hat, wobei die erste Seitenfläche des einen der Ritzelzähne einen Spitzenendabschnitt und einen Fußendabschnitt hat, die als Abschnitte einer ersten Krümmung mit einer durchgehend gekrümmten räumlichen Hüllkurve gebildet sind, wobei die erste Seitenfläche des einen der Ritzelzähne einen Zwischenabschnitt hat, der zwischen dem Spitzen- und dem Fußendabschnitt der ersten Seitenfläche angeordnet ist, wobei der Zwischenabschnitt der ersten Seitenfläche des einen der Ritzelzähne gegenüber der durchgehend gekrümmten räumlichen Hüllkurve der ersten Krümmung in einer Richtung weg von der zweiten Seitenfläche des einen der Ritzelzähne versetzt ist, wobei die zweite Seitenfläche des einen der Ritzelzähne einen Spitzenendabschnitt und einen Fußendabschnitt hat, die als Abschnitte einer zweiten Krümmung mit einer durchgehend gekrümmten räumlichen Hüllkurve gebildet sind, wobei die zweite Seitenfläche des einen der Ritzelzähne einen Zwischenabschnitt hat, der zwischen dem Spitzen- und dem Fußendabschnitt der zweiten Seitenfläche angeordnet ist, wobei der Zwischenabschnitt der zweiten Seitenfläche des einen der Ritzelzähne gegenüber der durchgehend gekrümmten räumlichen Hüllkurve der zweiten Krümmung in einer Richtung weg von der ersten Seitenfläche des einen der Ritzelzähne versetzt ist.
Servolenkgetriebebaugruppe nach Anspruch 8, bei der die Reihe von Zahnstangenzähnen einen ersten Zahnstangenzahn und einen zweiten Zahnstangenzahn aufweist, der angrenzend an den ersten Zahnstangenzahn angeordnet ist, wobei ein erster Zahnzwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnstangenzahn gebildet ist und einen Zahnfußabschnitt hat, der eine erste Ausrundung mit einer durchgehend gekrümmten Fläche, die sich von einer Flankenfläche des ersten Zahnstangenzahns zum zweiten Zahnstangenzahn hin erstreckt, und eine zweite Ausrundung mit einer durchgehend gekrümmten Fläche aufweist, die sich von einer Flankenfläche des zweiten Zahnstangenzahns zum ersten Zahnstangenzahn hin erstreckt, wobei die durchgehend gekrümmte Fläche der ersten Ausrundung einen größeren Krümmungsradius als die zweite Ausrundung hat.
Servolenkgetriebebaugruppe nach Anspruch 9, bei der der Spitzenendabschnitt der ersten Seitenfläche des einen der Ritzelzähne wenigstens teilweise als eine erste Reihe von Evolventen ausgebildet ist, der Fußendabschnitt der ersten Seitenfläche des einen der Ritzelzähne wenigstens teilweise als eine erste Reihe von Fußendabschnittsevolventen ausgebildet ist, die erste Reihe von Spitzenendabschnittsevolventen Evolventen aufweist, die Grundkreisdurchmesser haben, die von Grundkreisdurchmessern der ersten Reihe von Fußendabschnittsevolventen verschieden sind, wobei der Spitzenendabschnitt der zweiten Seitenfläche des einen der Ritzelzähne wenigstens teilweise als eine zweite Reihe von Evolventen ausgebildet ist, der Fußendabschnitt der zweiten Seitenfläche des einen der Ritzelzähne wenigstens teilweise als eine zweite Reihe von Fußendabschnittsevolventen ausgebildet ist, die zweite Reihe von Spitzenendeevolventen Evolventen aufweist, die Grundkreisdurchmesser haben, die von Grundkreisdurchmessern der zweiten Reihe von Fußendabschnittsevolventen verschieden sind.