DE1755622A1 - Kraftgetriebenes Lenkgetriebe mit variabler Untersetzung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft verbesserte kraftgetriebene Lenkgetriebe mit variabler Untersetzung und insbesondere solche, bei welchen eine Zahnstange mit auf einer zur Achse der Lenkwelle parallelen Bezugsteilungslinie angeordneten Zähnen mit einem auf der Lenkwelle angeordneten, abgeschrägten Zahnprofil-Segment in Eingriff tritt, wobei sich die Untersetzung des Segments im Eingriff mit der Zahnstange im Verhältnis zur Verdrehung des Segmentes aus seiner Mittelstellung nach rechts oder links entsprechend der Bewegung der Zahnstange fortschreitend verändert.

Beim Betrieb von Automobilen war es im allgemeinen notwendig, den Lenkwiderstand beim scharfen Einschlagen des Lenkrades bei Langsamfahrt zu verringern, um durch Verringerung des Lenkradeinschlages Zeit und Mühe beim

Abbiegen zu sparen, und die Lenkstabilität bei der Betätigung des Lenkrades bei hoher Fahrgeschwindigkeit zu verbessern. Bei größeren Kraftfahrzeugen führt der herkömmliche, ohne Hilfskraft von Hand betätigte Kugelmutter-Lenkmechanismus zur Ermüdung des Fahrers, da der Lenkwiderstand beim Lenkeinschlag wegen der relativ kleinen Untersetzung bei herkömmlichen Lenkungen größer ist.

Dieser Nachteil der herkömmlichen, von Hand betätigten Lenkung wird durch kraftgetriebene Lenkgetriebe im wesentlichen überwunden. Das kraftgetriebene Lenkgetriebe ermöglicht es, das Steuerrad ohne Rücksicht auf die große oder kleine Untersetzung mit geringem Kraftaufwand zu drehen, da die Drehung des Lenkrades durch hydraulischen Überdruck erfolgt. Das kraftgetriebene Lenkgetriebe wird dementsprechend besonders stark wirksam bei der Drehung des Lenkrades zum Einfahren in eine Garage, so daß der Fahrer beim Einschlagen des Lenkrades kaum einen Widerstand fühlt.

Bei kraftgetriebenen Lenkgetrieben besteht jedoch bei kleiner Untersetzung die Gefahr einer Instabilität der Lenkung, da die lenkbaren Vorderräder bereits durch eine zufällige oder durch Unvorsichtigkeit des Fahrers verursachte kleine Drehung des Lenkrades während der Geradeausfahrt wirksam gedreht werden. Die Gefahr wird bei Fahrzeugen mit hoher Geschwindigkeit noch vergrößert. Andererseits läßt sich das Lenkrad bei großer Untersetzung des Lenkgetriebes in der für ein kraftgetriebenes Lenkgetriebe charakteristischen Weise glatt und ohne jeden Widerstand einschlagen. Es genügt jedoch nicht, dem Fahrer die Mühe des Lenkens, insbesondere bei der Drehung des Lenkrades zum scharfen Einbiegen abzunehmen, da der Fahrer mit dem Lenkrad fünf oder sechs Umdrehungen ausführen muß, um das lenkbare Rad aus seiner einen extremen Anschlagstellung in seine andere extreme Anschlagstellung zu drehen.

Wie bereits erwähnt, wird die für den Betrieb von Kraftfahrzeugen erwünschte Verringerung des Lenkwiderstandes durch kraftgetriebene Lenkgetriebe erreicht. Es ist jedoch unmöglich, nur durch ein kraftgetriebenes Lenkgetriebe die Probleme zur Zeitersparnis beim Abbiegen des Fahrzeuges und der Stabilität des Lenkrades bei Geradeausfahrt zu lösen.

Aus der USA-Patentschrift 2 159 225 ist bereits ein Lenkgetriebe mit variabler Untersetzung bekannt, welches ein mit einer Zahnstange in Eingriff stehendes Segment aufweist, das durch die longitudinale Bewegung der Zahnstangen gedreht wird, wobei sich die Untersetzung zur Überwindung der vorstehend genannten Probleme zwischen der Mittelstellung und der entgegengesetzten Stellung des Segmentes verändert. Dieses kraftgetriebene Lenkgetriebe mit variabler Untersetzung verwendet spezielle Zahnprofile, nämlich eine Zahnstange mit auf einer gebogenen Teilungslinie angeordneten Zähnen und ein mit der Zahnstange in Eingriff tretendes Segment mit drei Zähnen, von denen der mittlere als langer Hebelarm und die äußeren kurz ausgebildet sind.

Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes, kraftgetriebenes Lenkgetriebe vorzuschlagen, welches ohne einschneidende Veränderung der herkömmlichen Lenkgetriebeteile die vorstehend aufgeführten Nachteile vermeidet, eine sich mit der Vergrößerung des Verdrehungswinkels des Segmentes fortschreitend proportional verändernde Untersetzung ergibt, beim Steuern und Parken des Fahrzeuges an beengten Stellen Zeit und Mühe spart, zu einer erhöhten Lenkstabilität bei Geradeausfahrt mit hoher Geschwindigkeit führt und eine einfache Regelung des Spieles zwischen der Zahnstange und dem Segment zuläßt.

Dementsprechend wird erfindungsgemäß ein kraftgetriebenes Lenkgetriebe mit variabler Untersetzung, mit einem Gehäuse, einem darin in einem Zylinder axial verschiebbaren Kolben, einer im Zylinder angeordneten Querwelle mit einem einstückig angearbeiteten, mit einer am Kolben angeordneten Zahnstange in Eingriff tretenden Segment und Vorrichtungen zur Verbindung des Kolbens mit einem von Hand drehbaren

Teil vorgeschlagen, welches gekennzeichnet ist durch ein Segment mit variierendem Zahnprofil, bei welchem mit zunehmendem Verdrehungswinkel des Segments aus dessen Mittelstellung nach rechts oder links die Zahnzahl fortschreitend abnimmt und das Verschiebungsausmaß entsprechend zunimmt.

Das erfindungsgemäße Lenkgetriebe weist zweckmäßig eine in eine axiale Bohrung im Kolben eingetiefte schraubenförmige Innennut, eine in der Bohrung geführte, mit einer schraubenförmigen Außennut versehene Welle und eine Vielzahl von in dem durch beide schraubenförmigen Nuten und ein Rückführrohr gebildeten Kanal umlaufenden Rollkörpern auf. Die Zahnstange besitzt vorzugsweise ein Bezugs-Zahnprofil mit gleicher Teilung und einem auf einer zur Achse der Welle parallelen Teilungslinie gebildeten Eingriffwinkel.

Die mit den gegenüberliegenden Zähnen des Segmentes in Eingriff tretenden Zähne der Zahnstange besitzen zweckmäßig einen im Vergleich zu den in der Mittelstellung mit dem mittleren Zahn des Segmentes in Eingriff tretenden Zahnpaar einen größeren Flanken-Eingriffswinkel. Die Zahnstange kann zweckmäßig einerseits ein in der Mittelstellung mit dem mittleren Zahn des Segmentes in Eingriff tretendes Zahnpaar mit am mittleren Zahn des Segmentes anliegenden

Zahnflanken gleichen Eintriffswinkels, sowie weitere Zähne besitzen, die zur Verstärkung der Fußdicke der gegenüberliegenden Zähne des Segmentes im Vergleich zum vorgenannten Zahnpaar Flanken mit größerem Eingriffwinkel aufweisen.

Die vorstehend aufgeführten Vorteile werden durch eine Verbesserung des Zahnprofiles des Segmentes und des Eingriffswinkels der Zahnstange erzielt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine parallel zur Lenkwelle teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes,

Fig. 2 ein Schnittbild durch das Lenkgetriebe längs der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine parallel zur Lenkwelle teilweise geschnittene Ansicht der wesentlichen Teile des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes in einer nach rechts verschobenen relativen Stellung der Zahnstange und des Segmentes,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Bestimmung eines Zahnprofiles des erfindungsgemäßen Segmentes,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes mit verbessertem Eingriffwinkel der Zahnstange,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Arbeitscharakteristiken eines herkömmlichen und eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes.

Da kraftgetriebene Kugelmutter-Lenkgetriebe bereits in Kraftfahrzeugen verwendet werden und deren Konstruktion allgemein bekannt ist, wird im folgenden auf den Aufbau dieser Teile nur kurz Bezug genommen.

Das in den Figuren, insbesondere Fig. 1 dargestellte Lenkgetriebe besitzt ein Gehäuse 1, einen darin in einem Kraftzylinder 2 axial hin und her beweglichen Kolben 10, welcher Arbeitskammern 3 und 4 abtrennt. Der Kolben 10 besitzt eine axiale Bohrung 15 mit einer an deren Innenwand angeordneten, schraubenförmigen Innennut 11. In die Bohrung 15 des Kolbens 10 ist das mit einer schraubenförmigen Außennut 12 versehene Ende einer Schneckenwelle 13 eingeführt, deren anderes Ende durch eine flexible Kupplung 20 mit dem unteren Ende einer Lenkwelle 14 so verbunden ist, daß sie bei einer von der flexiblen Kupplung 20 übertragenen manuellen Drehung des am oberen Ende der Lenkwelle angeordneten, nicht dargestellten Lenkrades gedreht wird. Das nicht dargestellte Ventil ist in einem ausgezogenen Teil 5 des Zylinders so angeordnet, daß die Schneckenwelle 13 und die Lenksäule 14 mit Hilfe eines hydraulischen Druckes in glatte Umdrehung versetzt werden. Das Ventil wird durch die bei der Drehung der Lenksäule 14 durch die flexible Kupplung 20 übertragene Rotation in Drehung versetzt. Das Ventil und die Arbeitskammern 3 und 4 kommunizieren über nicht dargestellte Leitungen, und der Flüssigkeitsstrom zwischen dem Ventil und den Arbeitskammern 3 und 4 wird durch die Betätigung dieses Ventils reguliert.

Der Kolben 10 und die Schneckenwelle 13 sind durch eine Vielzahl von Rollkörpern oder Kugeln 16 miteinander verbunden, die in einem aus der schraubenförmigen Innennut 11 und der schraubenförmigen Außennut 12 sowie einem Übergangsrohr 17 gebildeten Kanal umlaufen. Das Übergangsrohr 17 ist mittels Bolzen 19 und einer Klammer 21 am Kolben 10 befestigt. Die Drehung der Schneckenwelle 13 erfolgt durch die von der an der Lenkwelle 14 angebrachten flexiblen Kupplung übertragenen Drehbewegung unter Mithilfe des hydraulischen Druckes des Ventiles bei der Bewegung der Lenkwelle 14. Bei der Drehung der Schneckenwelle 13 wird der auf dieser dicht aufsitzende Kolben 10 durch die

Zirkulation einer Vielzahl von Kugeln 16 zwischen der inneren Schraubennut 11 und der äußeren Schraubennut 12 in axialer Richtung verschoben. Die Unterseite des Kolbens 10 trägt auf einer zur Schneckenwelle 13 parallelen Geraden eine Bezugsteilungslinie und eine Zahnstange 7 mit auf der Bezugsteilungslinie angeordneten Zähnen, die in Fig. 1 eine Standard-Zahnform mit gleicher Teilung und gleichem Eingriffwinkel besitzen. Die in Fig. 2 dargestellte Zahnstange ist in der Achsenrichtung der weiter unten zu beschreibenden Querwelle 8 unter einem geeigneten Winkel geneigt.

Diese Neigung wird in Abhängigkeit vom Neigungswinkel eines auf der Querwelle 8 einstückig angearbeiteten, in deren Achsrichtung abgeschrägten Segmentes 9 bestimmt. Die Querwelle 8 ist in dem das vordere Ende der Schneckenwelle 13 drehbar lagernden Gehäuse 1 unter einem rechten Winkel zur Schneckenwelle 13 drehbar gelagert, so daß das auf der Querwelle 8 einstückig angearbeitete Segment 9 mit der am Kolben 10 angeordneten Zahnstange 7 mit einem Standard-Zahnprofil in Eingriff tritt.

Die Querwelle 8 ist in einer im Gehäuse 1 oder an anderen geeigneten Vorrichtungen befestigten Lagermuffe 18 drehbar gelagert. Das nicht dargestellte vordere Ende der Querwelle 8 ist auf die gleiche Weise am Gehäuse 1 gelagert und mit dem die nicht dargestellten lenkbaren Räder führenden Lenkmechanismus verbunden. Die auf das Lenkrad ausgeübte Drehkraft wird in an sich bekannter Weise reibungsarm in eine axiale Bewegung des Kolbens 10 umgewandelt durch eine Vielzahl von Kugeln 16, welche in einem durch die Schraubennut 12 der Schneckenwelle 13 und die innere Schraubennut 11 des Kolbens 10 gebildeten Kanal umlaufen. Die axiale Bewegung des Kolbens 10 bringt die Zahnstange 7 in Eingriff mit dem Segment 9 und wird so in eine nach rechts oder nach links gerichtete Drehbewegung der in Fig. 1 dargestellten Querwelle 8 umgewandelt und von dieser über den Lenkmechanismus auf die lenkbaren Räder übertragen.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die vorstehend beschriebenen Vorrichtung durch eine spezielle Formgebung des Zahnprofiles des Segmentes 9 zu einem kraftgetriebenen Lenkgetriebe mit variabler Untersetzung zu machen. Der Hauptpunkt bei der Bestimmung des Zahnprofils des Segmentes 9 liegt darin, den in Fig. 1 eingezeichneten Abstand h zwischen den Mittelpunkten der Zahnstange 7 und des Segmentes 9 zu jedem Zeitpunkt der axialen Bewegung der Zahnstange 7 und der nach rechts oder links gerichteten Drehbewegung des mit der Zahnstange 7 in Eingriff stehenden Segmentes 9 unverändert zu halten, da die Bezugsteilungslinie der Zahnstange 7 eine zur Achse der Schneckenwelle 13 parallele Gerade ist und der Drehpunkt des Segmentes 9 immer auf der Achse der Querwelle 8 liegt. Der Eingriff der Zahnstange 7 mit dem Segment 9 muß zu jedem Zeitpunkt während der Veränderung des Drehwinkels des Segmentes 9 in Proportion zur axialen Bewegung der Zahnstange 7 glatt erfolgen. Bei einem nicht hinreichend glatten Eingriff hat der Fahrer das sehr unangenehme Gefühl eines rauhen oder irregulären Lenkverhaltens.

Unter der vorstehend beschriebenen Einschränkung ist das erfindungsgemäße Lenkgetriebe so konstruiert, daß die Untersetzung zwischen der Zahnstange 7 und dem Segment 9 proportional zu der Veränderung des Drehwinkels des Segmentes 9 entsprechend der Bewegung der Zahnstange 7 fortschreitend variiert.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Wenn der Abstand h zwischen den Mittelpunkten der Zahnstange 7 und des Segmentes 9 stets konstant gehalten und die Zahnstange 7 mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird, erhöht sich der Drehwinkel des Segmentes 9 nach rechts oder links von der Mittelstellung X-X´ und entsprechend dem Anstieg des Drehwinkels erlangt das Segment 9 eine höhere Winkelgeschwindigkeit kleines Psi.

Allgemein entspricht das Untersetzungsverhältnis i eines kraftgetriebenen Kugelmutter-Lenkgetriebes der Gleichung: worin L den Anstieg der die Kugeln 16 enthaltenden schraubenförmigen Nuten 11 und 12, M einen Modul und Z die Zähnezahl eines dem Segment 9 entsprechenden, jedoch vollständig kreisförmigen Zahnrades darstellen. Die Zähne der Zahnstange 7 besitzen die gleiche Teilung und den gleichen Eingriffwinkel und eine gerade Bezugsteilungslinie. Da der Abstand h zwischen den Mittelpunkten der Zahnstange 7 und des Sementes 9 unveränderlich ist, muß zur Veränderung des Untersetzungsverhältnisses i in der vorstehenden Gleichung (1) die Anzahl Z der Zähne als Variable benutzt werden, da L und M konstant sind. Hierzu nimmt erfinderungsgemäß die Untersetzung beim Eingriff des Segmentes 9 mit der Zahnstange 7 fortschreitend proportional der durch die Bewegung der Zahnstange 7 bewirkten Verdrehung des Segmentes 9 aus seiner Mittelstellung (X-X´) nach rechts oder links ab und somit die Winkelgeschwindigkeit kleines Psi des Segmentes 9 mit wachsendem Einschlagwinkel des Lenkrades zu.

Dementsprechend wird das Zahnprofil auf der Umfangsfläche des Segmentes 9 so ausgebildet, daß die Zähnezahl Z bei einer Verschiebung der Zähne aus der Mittelstellung X-X´ nach rechts oder links fortschreitend proportional abnimmt. Das Zahnprofil des in den Figuren 1, 3 und 4 dargestellten Segmentes 9 ist mit anderen Worten so ausgebildet, daß in der Mittelstellung X-X´ eine maximale Zähnezahl Z[tief]max und in der in Fig. 3 dargestellten Auslenkstellung Y-Y´ eine minimale Zähnezahl Z[tief]min vorliegt und die Zähnezahl zwischen der Mittelstellung X-X´ und der Stellung Y-Y´ fortschreitend von Z[tief]max bis Z[tief]min proportional den in Fig. 4 dargestellten, den Abstand zwischen der Linie X-X´ und der Linie Y-Y´ unterteilenden Teilungslinien d[tief]o (X-X´), d[tief]1, d[tief]2 d[tief]16 (Y-Y´) abnimmt.

Zahlenmäßig ausgedrückt kann beispielsweise die minimale Zähnezahl Z[tief]min-14 und die maximale Zähnezahl Z[tief]max = 16,5 sein. In diesem Falle nimmt die Zähnezahl des Segmentes 9 an den durch die vorgenannten Unterteilungslinien d[tief]o (X-X´), d[tief]1, d[tief]2 d[tief]16 (Y-Y´) definierten Stellen fortschreitend von Zd[tief]o = Z[tief]max = 16,5 über Zd[tief]1 = 16,34375, Zd[tief]2 = 16,18750 auf Zd[tief]16 = Z[tief]min = 14 ab.

Die Tatsache, daß die Anzahl der Zähne des Segmentes 9 mit fortschreitender Verschiebung aus der Mittelstellung

X-X´ nach rechts oder links abnimmt, führt natürlich zu einer Veränderung der Teilung. Da die Zahnstange 7 jedoch eine gerade Bezugsteilungslinie und eine gleichmäßige Teilung und gleiche Eingriffswinkel aufweist, würde die Zahnstange 7 mit einem lediglich hinsichtlich der Veränderung der Zähnezahl abgewandelten Segment 9 nur in der Mittelstellung X-X´ in Eingriff treten können. Da das Modul M der Zahnstange 7 nicht verändert werden soll, muß das Modul M des Segmentes 9 gleich dem Modul M der Zahnstange 7 gemacht werden. Dementsprechend muß das Segment 9 so konstruiert sein, daß nicht nur die Zähnezahl Z mit der Verschiebung nach rechts oder links abnimmt, sondern auch der Durchmesser des als Bezugsgröße zur Erzeugung der Zahnprofile dienenden Teilungskreises abnimmt und weiterhin ein glatter Eingriff des Segmentes 9 mit der Zahnstange 7 erzielt wird.

Das vorstehend beschriebene Prinzip ermöglicht die Entwicklung eines für die vorstehend genannten Zwecke idealen Zahnprofiles durch Einführung einer Theorie der profilverschobenen Verzahnungen. Da der Durchmesser des Teilungskreises (P.C.D.) gegeben ist durch die Gleichung:

P.C.D. = Z M (2)

worin M eine Konstante und Z variabel sind, ist der

Durchmesser des Teilungskreises in der Mittelstellung X-X´ am größten, in der Stellung Y-Y´ am kleinsten und nimmt zwischen diesen Stellungen in der Reihenfolge d[tief]o (X-X´), d[tief]1, d[tief]2 d[tief]16 (Y-Y´) fortschreitend ab. Der einer Veränderung des Durchmessers des Teilungskreises entsprechende Verschiebungswinkel ist gegeben durch die Gleichung: in der P eine Teilung zwischen den Stellungen X-X´ und Y-Y´ des Segmentes 9 und R ein Teilungsverhältnis darstellt, welches durch Division der erwähnten Teilung durch Unterteilungslinien d[tief]o, d[tief]1, d[tief]2 . d[tief]16 erhalten wird. Wenn man mit anderen Worten die Schnittpunkte P[tief]o, P[tief]1, P[tief]2 . P[tief]16 der durch geeignete Unterteilung des Abstandes zwischen den Stellungen X-X´ und Y-Y´ des Sektors 9 erhaltenen Teilungskreisdurchmessern D[tief]0, D[tief]1, D[tief]2 . D[tief]16 verbindet und die Zähnezahlen, Teilungskreisdurchmesser und Verschiebungswinkel in den unterteilten Stellungen unter Verwendung der vorstehend genannten Gleichungen (1), (2), und (3) mit den durch die Verschiebungswinkel 0[hoch]o, kleines Gamma[tief]1, kleines Gamma[tief]2 . kleines Gamma[tief]16 der entsprechenden Teilkreisdurchmesser D[tief]0, D[tief]1, D[tief]2 . D[tief]16 bestimmten Teilungslinien d[tief]o (X-X´), d[tief]1, d[tief]2 . d[tief]16 (Y-Y´) berechnet, wird eine kontinuierliche

Kurve erhalten, bei welcher der Betrag der Verschiebung bei jedem Schnittpunkt in der Reihenfolge A[tief]1, A[tief]2 . A[tief]16 (A[tief]o gleich Null) fortschreitend größer wird, bis schließlich der Betrag der Verschiebung am Schnittpunkt P[tief]16 beim Teilkreisdurchmesser P.C.D. von Z[tief]min den Maximalwert erreicht, wie dies in Figur 4 dargestellt ist. Der Verschiebungskoeffizient, welcher auf diese Weise das Untersetzungsverhältnis zwischen den Stellungen X-X´ und Y-Y´ fortschreitend verringert, ist durch die Kurven P[tief]0, P[tief]1, P[tief]2 . P[tief]16 gegeben und das spezielle Zahnprofil des Segmentes 9 kann durch die Veränderung der Kurve bestimmt werden. Das durch die vorstehend beschriebene Theorie bestimmte Zahnprofil ist in den in Fig. 4 dargestellten Beispiel gezeigt. Das in den Figuren 1, 3 und 4 dargestellte Segment 9 zeigt, daß die Teilung in dem das Untersetzungsverhältnis des Segmentes im Eingriff mit der Zahnstange 7 verändernden Abschnitt dem 1,5-fachen der Teilung von der Mittelstellung X-X´ nach links und nach rechts entspricht, während die noch weiter nach links oder rechts liegenden Zähne (die Zähne am rechten und linken Ende) ein der Stellung Y-Y´ entsprechend konstant gehaltenes Untersetzungsverhältnis aufweisen. Entsprechend der in den Figuren 1 und 3 beispielsweise dargestellten Eingriffsstellungen der Zahnstange 7 und des Segmentes 9 treten diese in jeder beliebigen Position des Drehungswinkels des Segmentes 9 miteinander in glatten Eingriff. Das in Fig. 3 dargestellte Untersetzungsverhältnis ist kleiner als dasjenige in Fig. 1.

Im folgenden wird ein Beispiel für die zur Erzeugung des Segmentes anzustellende Berechnung unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform der Erfindung gegeben. Es sei angenommen, daß der Drehungswinkel des Segmentes 9 zwischen der Mittelstellung X-X´ (in welcher das Untersetzungsverhältnis seinen größten Wert besitzt) und der Stellung Y-Y´ (in welcher das Untersetzungsverhältnis seinen geringsten Wert besitzt) 35° beträgt, die Teilung L der schraubenförmigen Nut 12 8,466, die Module M der Zahnstange und des Segmentes jeweils 3,5, das Untersetzungsverhältnis i[tief]max in der Stellung X-X´ = 21,4, das Untersetzungsverhältnis i[tief]min in der Stellung Y-Y´ = 18,18 ist und das Untersetzungsverhältnis i von der Mittelstellung X-X´ zur Stellung Y-Y´ fortschreitend abnimmt. Unter diesen Umständen kann die Zähnezahl Z durch Einsetzen der obigen Werte in die Gleichung (1) erhalten werden:

Wenn man nun die Differenz in der Zähnezahl von 2,5 in 16 gleiche Teile teilt und die Zähnezahl fortschreitend von der maximalen Zähnezahl Z[tief]max in der Mittelstellung X-X´ zur minimalen Zähnezahl Z[tief]min in der Stellung Y-Y´ verändert, ergibt sich eine Differenz in der Zähnezahl an den Unterteilungslinien d[tief]o (X-X´), d[tief]1, d[tief]2 . d[tief]16 (Y-Y´) von 2,5 /16 = 0,15625. Aus der Gleichung (2) werden die der Zähnezahl an jeder Unterteilungslinie entsprechenden Teilungskreisdurchmesser D[tief]0, D[tief]1, D[tief]2 . D[tief]16 erhalten:

D[tief]0 = 16,5 x 3,5 = 57,75

Wenn weiterhin die Teilung P im Bereich zwischen der Mittelstellung X-X´ und der Stellung Y-Y´ 1,5 beträgt und das Teilungsverhältnis R (die Anzahl der Unterteilungslinien zwischen d[tief]o, d[tief]1, d[tief]2 . d[tief]16) gleich 16 ist, können die den erwähnten Teilungskreisdurchmessern entsprechenden Verschiebungswinkel durch die Gleichung (3) berechnet werden:

Fig. 5 zeigt eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Zahnprofiles, bei welchem die Eingriffwinkel kleines Alpha und kleines Beta der Flanken A und B des Zahnprofiles einer Zahnstange 7a mit gleicher Teilung, bezogen auf die Mittelstellung, in welcher die Zahnstange 7a mit dem Segment 9a in Eingriff tritt, nach links und rechts symmetrisch verändert sind. Bei dieser Konstruktion ist der Eingriffwinkel kleines Alpha (z. B. 30°) der Flanke A größer als der Eingriffwinkel kleines Beta (z. B. 22°), der Flanke B.

Wenn die beim Eingriff der Zahnstange 7a mit dem Segment 9a in der Stellung Y-Y´ ergebende minimale Untersetzung i[tief]min sehr gering ist, wird die Zähnezahl des Segmentes 9a in der Stellung Y-Y´, d. h. an seinen Enden gering und die Verschiebung groß, so daß wegen der Kollision des Fußes an der Zahnstange 7a mit dem Fuß des Zahnes 9b die Dicke des Zahnes 9b am effektiven Fußkreis gering ist und eine irreguläre Unterschneidung verursacht wird. Dementsprechend sind die Zahnprofile der Zahnstange 7a rechts und links der Mittelstellung X-X´ symmetrisch. Durch die vorstehend beschriebene Ausbildung des Zahnprofiles der Zahnstange 7a kann der Zahnfuß des endständigen Zahnes 9b des Segmentes 9a in seiner Dicke vergrößert und in seiner Stärke verbessert werden, wobei die Eingriffwinkel der mit ihren Flanken in der Mittelstellung des Segmentes 9a an dessen mittleren Zahn anliegenden Zähne 7b der Zahnstange 7a einander gleich sind und die Flanken der übrigen Zähne einen im Vergleich zu den Zähnen 7b größeren Eingriffwinkel aufweisen.

Bei der in Fig. 6 gezeigten graphischen Darstellung ist das Untersetzungsverhältnis i des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes als Ordinatenachse und der Drehungswinkel kleines Theta (kleines Theta = kleines Gamma) als Abszissenachse verwendet. Dabei ist eine Drehung nach links mit einem Minuszeichen und eine

Drehung nach rechts mit einem Pluszeichen bezeichnet. In dieser graphischen Darstellung ist das Untersetzungsverhältnis eines als Beispiel gewählten erfindungsgemäßen Lenkgetriebes durch eine durchgezogene Linie und zum Vergleich das unveränderliche Untersetzungsverhältnis eines herkömmlichen Lenkgetriebes durch eine gestrichelte Linie wiedergegeben. Das Untersetzungsverhältnis des dargestellten, erfindungsgemäßen Lenkgetriebes beträgt in der Mittelstellung X-X´ 21,4, nimmt bei einer Drehung nach rechts oder links proportional dem Drehungswinkel bis zu den Stellungen + Y - + Y´ bzw. - Y - -Y´ (welche jeweils einem Drehungswinkel von 35° nach rechts bzw. nach links entsprechen) auf 18,18 ab und bleibt dann bei einer weiteren Drehung von der Mittelstellung fort konstant.

Die in Fig. 6 dargestellte Kurve entspricht lediglich einer Ausführungsform der Erfindung, welche vorstehend als Beispiel berechnet wurde. Die Form dieser Kurve kann jedoch je nach den Anforderungen durch Modifizierung der Einzelheiten der Konstruktion in der gewünschten Weise abgewandelt werden.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht nicht nur ein glattes Eingreifen eines Segmentes mit speziellem Zahnprofil mit einer Zahnstange mit zur Achse der Schneckenwelle paralleler Bezugsteilungslinie und auf dieser gebildeten Zahnprofilen, sondern ermöglicht auch eine fortschreitende Abnahme des Untersetzungsverhältnisses des Lenkgetriebes proportional zur Zunahme des Verdrehungswinkels des Lenkrades von einer Mittelstellung aus, wesentliche Verbesserungen hinsichtlich der Lenkstabilität und des Lenkgefühls bei der Betätigung des Lenkrades bei hoher Fahrgeschwindigkeit, und eine Verringerung der Lenkraddrehungen, sowie der Zeit und Mühe beim Einfahren in eine Parklücke.

Claims (4)

1.) Kraftgetriebenes Lenkgetriebe mit variabler Untersetzung, mit einem Gehäuse, einem darin in einem Zylinder axial verschiebbaren Kolben, einer im Zylinder angeordneten Querwelle mit einem einstückig angearbeiteten, mit einer am Kolben angeordneten Zahnstange in Eingriff tretenden Segment und Vorrichtungen zur Verbindung des Kolbens mit einem von Hand drehbaren Teil, gekennzeichnet durch ein Segment (9) mit variierenden Zahnprofil, bei welchem mit zunehmendem Verdrehungswinkel des Segmentes (9) aus dessen Mittelstellung nach rechts oder links die Zähnezahl fortschreitend abnimmt und das Verschiebungsausmaß entsprechend zunimmt.

2.) Lenkgetriebe nach Anspruch 1 mit einer in eine axiale Bohrung im Kolben eingetieften, schraubenförmigen Innennut, einer in der Bohrung geführten, mit einer schraubenförmigen Außennut versehenen Welle und einer Vielzahl von in dem durch beide schraubenförmigen Nuten und ein Rückführrohr gebildeten Kanal umlaufenden Rollkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (7) ein Bezugs-Zahnprofil mit gleicher Teilung und einem auf einer zur Achse einer Schneckenwelle (13) parallelen Teilungslinie gebildeten Eingriffwinkel besitzt.

3.) Lenkgetriebe nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Zahnstange (7) deren mit den endständigen Zähnen des Segmentes (9) in Eingriff tretende Zähne zur Verstärkung der Fußdicke der endständigen Zähne des Segmentes (9) einen im Vergleich zu den in der Mittelstellung mit dem mittleren Zahn des Segmentes (9) in Eingriff stehenden Zahnpaar größeren Flanken-Eingriffswinkel besitzen.

4.) Lenkgetriebe nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Zahnstange (7) mit einem in der Mittelstellung mit dem mittleren Zahn des Segmentes (9) in Eingriff stehenden Zahnpaar (7b), dessen am mittleren Zahn des Segmentes (9) anliegende Zahnflanke den gleichen Eingriffswinkel besitzen, sowie weiteren Zähnen, die zur Verstärkung der Fußdicke der endständigen Zähne (9b) des Segmentes (9) im Vergleich zum vorgenannten Zahnpaar (7b) Flanken mit größerem Eingriffswinkel aufweisen.