DE2104037A1 - Servolenksystem - Google Patents

Description

FATEWTAJTWAtT 8OOO MÜNCHEN 9O

W. ClRAF

A - 257

BESCHREIBUNG zu der Patentanmeldung

Arthur Ernest Bishop

54 Tobruk, Cremorne,

New South Wales, Australia

betreffend

Servolenksystem

Vom Anmelder sind nach den US-Patentschriften 2 865 215» 2 865 217 und 2 865 216 bereits Servolenksysteme mit veränderlichem übersetzungsverhältnis vorgeschlagen worden, die ein großes und damit weniger direkt wirkendes übersetzungsverhältnis in der Radmittel- oder geradeaus-Stellung besitzen und bei denen dieses übersetzungsverhältnis sehr sohneil abfällt, sobald die Räder aus der Mittelstellung herausgedreht werden. Das übersetzungsverhältnis fällt allmählich so ab, bis ein unterster Wert erreicht ist, der dann im wesentlichen beibehalten wird, bis die Räder ihre Anschläge erreichen. %

Ee ist ferner erstrebenswert, daß die durch den Servomotor zur Verfugung stehende Lenkkraft auf der Ausgangsseite des Lenkgetriebes mit eich änderndem ÜbersetzungsverhHltnis zur Verfügung steht. Auch solche Systeme sind bereits in den erwähnten Patenten beschrieben worden. Bei diesen bekannten Lösungen wird beispielsweise die Kraft des Servomotors mit im wesentlichen gleichbleibenden übersetzungsverhältnis aufgebracht.

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Bei der Handhabung von solchem Lenksystem hat sich herausgestellt, daß die größte Drehgeschwindigkeit bei geradeaus-Steilung nötig ist, damit eine überlastung des Servomotors und damit Fehler am Lenksystem vermieden werden.

Es 1st Aufgabe der Erfindung, ein Lenksystem zu schaffen, das diese Nachteile nicht mehr besitzt und das insbesondere in der Radmittelstellung ein relativ geringes Lenkdrehmoment und mit zunehmendem Radeinschlag ein relativ größeres Lenkdrehmoment besitzt.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zwischen Servomotor und dem mit dem Lenkgestänge verbundenen schwenkbaren Lenkzapfen ein Getriebe mit von der Mittelstellung des Lenkzapfens zu dessen Maximalschwenkstellungen zunehmendem übersetzungsverhältnis angeordnet wird. Damit wird erreicht, daß über den Servomotor in der Radmittelstellung oder geradeaus-Lenkstellung ein geringeres Drehmoment auf das Lenkgestänge aufgebracht wird als in der Radeinschlagstellung. In Kombination mit einem veränderbaren übersetzungsverhältnis der Nocken-Stift-Verbindung zwischen Lenkzapfen und Lenkradachse wird damit erreicht, daß in der Radmittelstellung eine geringere Kraft zur Verfügung steht und hier also das Lenkgefühl verbessert ist, bei eingeschlagenen Rädern dagegen eine wesentlich größere Kraft zur Lenkung zur Verfügung steht. Damit ist es möglich, kleinere Servomotoren und kleinere Hydraulikpumpen zu verwenden bzw. mit dem gleichen Motor bzw. der gleichen

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Pumpe ein. größere» Drehmoment für das System zur Verfugung su stellen als bei bekannten Systemen.

Wenn Fehler am Servosystem auftreten und daher ausschließlich mit Handkraft gelenkt werden nuß, so wird durch die direkter« Verbindung zwischen Servomotor

und dem Lenksapfen der durch den Motor hervorgerufene Widerstand in dieser geradeaus-Stellung herabgesetzt» sodaß durch die erfindungsgemäße Maßnahme auch hier ein Vorteil erreicht wird. In diesem Mittelstellungsbereich treten nämlich bekanntlich die meisten Pumpenschäden auf.

Gemäß der Erfindung kann durch geeignete Wahl des Übersetzungsverhältnisses die Drehgeschwindigkeit des Lenkrades sowie das erforderliche Drehmoment und die zum Lenken nötige Kraft sehr einfach an die verschiedenartigsten Lenksysteme und Fahrzeugtypen und die verschiedenartigsten Belastungebedingungen angepaßt werden.

Bei einem bevorzugten AusfUhrungsbeispiel der Erfindung wird diese in Kombination mit einem bekannten Lenksystem nach der US-Patentschrift 2 865 217 benutzt. Dabei ist auf der Lenkradwelle eine sanduhrglasartige Schnecke aufgesetzt, die eine Nockenbahn von sich ändernder Steigung aufweist. Die Drehbewegung von dieser Schnecke wird auf den schwenkbaren Lenkzapfen durch eine Bewegungsabnahmerolle Übertragen, sodaß in der Mittelstellung ein großes Übersetzungsverhältnis gegeben 1st, das sehr schnell und dann anschließend weniger schnell abnimmt, wenn die Räder aus der Mittelstellung nach der einen oder anderen Seite eingeschlagen werden.

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Der Lenkzapfen ist etwa quer zur Schnecke angeordnet und gemäß der Erfindung mit einem Zahnradgetriebe verbunden, dessen Zähne auf einem Teilkreis von sich änderndem Radius angeordnet sind und zwar mit zunehmend größerem Radius aus der Mittelstellung heraus. Mit diesem Zahnrad wirkt eine Zahnstange zusammen, deren Zähne mit geringem Reibungskontakt In Eingriff mit den Zähnen des Zahnrades stehen und welche das nockenartig ausgebildete Zahnrad in Abhängigkeit von der Einwirkung eines Servomotors hin- und herbewegt. Die Ausgangskraft des Servomotors auf die Zahnstange ist bei voll offenem Lenkventil im wesentlichen konstant über den gesamten Bewegungsweg des Motors. Das Lenkventil ist auf der Lenkradachse befestigt oder auf der Fahrerseite des Lenkgetriebes von veränderlichem Übersetzungsverhältnis und so angeordnet, daß es nur durch das Eingangsdrehmoment betätigt wird und nicht bei Veränderung des. Übersetzungsverhältnisses. Der Motor ist antriebsmäßig mit dem nockenartigen Zahnrad auf der den Rädern zugewandten Seite des Lenkgetriebes von variablem übersetzungsverhältnis verbunden. Durch das funktioneile Zusammenwirken dieser Teile wird eine Lenkübersetzung großer Indirektheit in der Mittelstellung bei gleichzeitiger Verbesserung des Lenk-Boden-OefUhls und bei Einwirkung einer relativ geringen maximal zur Verfügung stehenden Lenkkraft erreicht, jedoch mit einer schnelleren Ausgangswellendrehung bzw. höheren Drehgeschwindigkeit in dieser Mittelstellung. Diese Eigenschaften verbunden mit den verbesserten Servoelgenschaften bein Einparken ergeben ein sehr vorteilhaftes Lenksystem, da« allen bekannten Systemen überlegen ist.

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Das erfindungßgemäße System kann außerdem sehr gedrungen aufgebaut werden. Dies wird vor allem ermöglicht durch die spezielle Zahnform auf den sektorförmigen, nockenartigen Zahnrad des Lenkzapfens und durch die Einlochlagerung des Bewegungsabnahmestiftes auf dem Lenkzapfen, die eine neuartige Verstellung des Eingriffes dieser Teile ermöglicht. Die verwendeten sektorförmigen Zahnräder können auf einfache Weise durch Ausräumen hergestellt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematlscher Zeichnungen an einem AusfUhrungsbeispiel näher erläutert.

Figuren 1 bis 3 zeigen teilweise im Schnitt längs der Linie Hr-II und III-III ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe

Figur 4 zeigt ein Übliches Fahrzeuglenksystem

Figur 5 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit des Lenkdrehmoaents vom Einschlagwinkel

Figuren 6 und 7 zeigen Einzelheiten Über die vorteilhafte Bemessung der beim erfindungsgemäßen Lenkgetriebe wendeten Zahnradverbindung.

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Pig. 4 zeigt ein übliches Fahrzeuglenksystem, bei welchem ein erflndungsgemäfies Lenkgetriebe angewendet werden kann. Dieses System umfaßt ein geschlossenes Lenkgetriebe 10, das von der mit dem Lenkrad 12 verbundenen Lenksäule 11 angetrieben wird. Der Ausgang dieses Lenkgetriebes 10 steht mit einer Querwelle bzw. einem Lenkzapfen 13 In Verbindung, der über einen Arm 14 mit dem Lenkgestänge 15 verbunden ist. Dieses Lenkgestänge 15 steht mit den Lenkstangen 16 und 17 in Verbindung, die zu den entsprechenden lenkbaren Rädern 18 und 19 führen. Das Lenkgestänge ist noch mit einem Zwischenhebel 20 versehen, der schwenkbar am Fahrzeugrahmen 21 befestigt ist. Dieses beschriebene Lenksystem 1st von bekannter Konstruktion und wirkt auch in bekannter Welse. Beim Verdrehen des Lenkrades 12 im Sinne des Doppe Xtel les 22 wird der Lenkzapfen verschwenkt und so das Lenkgestänge 15 hin- und herverschoben und hierdurch werden die Räder 18 und 19 verschwenkt.

Bei der Untersuchung der Lenkeigenschaften solcher System« wurde festgestellt, dafl sich Xenkkrafterfordernlsae im Schwenkwinkelbereich ändern. So wurde beispielsweise festgestellt, dafl das zum Verschwenken der Räder erforderliche Drehmoment zunimmt, wenn die Räder zunehmend eingeschlagen werden. Diese Zunahme ist zunächst allmählich und steigt schließlich stark an, wenn die Räder ihr· maximal mögliche Einschlagstellung erreichen. Diese Drehmomenterforderniss· sind in dem Diagramm nach Fig. 5 mit der Kurve JO angedeutet .

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Selbstverständlich hängt das zum Steuern eines Kraftfahrzeuge· nötige Drehmoment noch von einer Anzahl weiterer Faktoren ab, die für die verschiedenartigsten Fahrzeuge unterschiedlich sein können. Bei einem 1968er Automodell wurde die Drehmomentkurve 30 nach Fig. 5 festgestellt und diese Drehmomentkurve kann als typisch bezeichnet werden. Daraus ergibt sich, daß ein Drehmoment von etwas weniger als 90 kpn (8000 Zollpfund) nötig ist um die Räder in der geradeaus-Stellung etwas zu verdrehen und zwar bei stillstehendem Fahrzeug und bei angezogener Bremse. Wenn die Fahrzeugräder in die größte Schwenkstellung von beispielsweise 35° gebracht werden, so nimmt das erforderliche Drehmoment zu, beispielsweise etwa auf l40 kpm (12000 Zollpfund) und zwar wiederum bei angezogener Bremse. Das erforderliche Lenkdrehmoment ist bei offener Bremse selbstverständlich etwas geringer Jedoch sind auch die Drehmomentverhältnisse bei gelöster Bremse in ähnlicher Welse nach außen zunehmend, wie dies in Kurve 30 dargestellt ist, nur nicht ganz so schnell.

Bei den bisher gebräuchlichen Lenksystemen werden zwei Grundprinzipien verwendet. Das erste System arbeitet mit konstantem Drehmoment, wie dies durch die Kurve 31 in Fig. dargestellt ist. Der Servomotor besitzt ein konstantes Drehmoment und sein Ausgang besitzt im wesentlichen ein konstantes Übersetzungsverhältnis. Die Größe des Motors und des Ausgangs-Verhältnisses 1st so gewählt, daß genügend Drehmoment an den Anschlügen vorhanden 1st, wenn das Lenkventil ganz offen ist. Nahezu all« bekannten Lenksysterne verwenden solche konstanten Drehmomentcharakteristiken. Ss wird beispielsweise ein konstante» Drehaonent von etwa 115 fcpm (10000 Zollpfund) vorgesehen und dabei stellt man fest, daß dieses zur Verfügung stehende Drehmoment größer ist als es an sich zum Steuern

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des Kraftfahrzeuges in Kurven bis zu einem Einschlagwinkel von etwa 20° nötig ist. Ober diesen Schwenkpunkt hinaus 1st in den gewählten Beispiel das zur Verfugung stehende Drehmoment geringer als es an sich nötig wäre um bei angezogenen Bremsen ein weiteres Einschigen der Räder zu gewährleisten. Bei solchen Systemen sind deshalb große Servomotore oder größere Hebelarnübersetzungen

(Teilkreisradius des angetriebenen AusgangsZahnrades) nötig, um das erforderliche Drehmoment im gesamten Schwenkwinke1-bereich zu gewährleisten. In der Mittelstellung, d.h. der geradeaus-Radstellung, ist das zur Verfugung stehende Drehmoment auf Jeden Fall immer viel zu groß und diese bekannten Systeme sind deshalb grundsätzlich unwirtschaftlich, wenn sie in der geradeaus-Stellung ein größeres Drehmoment ermögr liehen als es an sich nötig 1st und ein ungenügendes Drehmoment in den Randstellungen.

Fig. 5 zeigt mit der Kurve J>2 die drehwinkelabhängigen Drehmoment Verhältnisse eines zweiten bekannten Lenksystemes, beispielsweise des von der Firma General Motors verwendeten Lenksystemes mit veränderbarem Drehmoment nach US-Patent 2 953 932. Bei diesem System, das einen hin- und hergehenden Servomotor benutzt, der koaxial zu der umlaufenden Kugelnut-Lenkspindel angeordnet ist, wird die Ausgangskraft des Motors auf der Lenksäulenseite des Lenkgetriebes von variablem übersetzungsverhältnis zugeführt. Bei diesem System ist das zur-VerfUgung stehende Drehmoment im Hinblick auf die Obersetzungsänderung in der geradeaus-Stellung wesentlich größer und fällt nahe den größten Einschlagstellungen der Räder etwa wieder auf 115 kpm ab. Auch hier ist wieder das zur Verfügung stehhende Drehmoment in der Mittelstellung viel zu groß und könnte wesentlich kleiner sein als es in den äußersten Drehstellungen der Räder nötig ist. Dieses übermäßige Drehmoment

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bringt seinerseits wieder Nachteile im Aufbau des Systems mit sich, denn das Lenkgestänge muß den unnötig hohen Drehmomenten standhalten und es steht auch eine wesentlich geringere Drehgeschwindigkeit in der Mittelstellung zur Verfügung.

Gemäß der Erfindung wird das zur Verfügung stehende Drehmoment an das gewünschte Drehmoment angepaßt, zu diesem Zweck wird das übersetzungsverhältnis der Verbindung zwlsehen dem Motor und der Ausgangswelle variabel ausgebildet und zwar so, dafl die Kraftverluste beim übergang auf die Ausgangswelle minimal gehalten werden. Das zur Verfügung stehende Drehmoment wird genau zugeschnitten auf die Erfordernisse eines bestimmten Fahrzeuges und es wird damit der beste Wirkungsgrad des Servomotors mit einem kleinsten Motor erreicht.

Nach Fig. 1 ist in dem Lenkgetriebe 10 die Ausgangsquerwelle bzw. der Lenkzapfen 15 gelagert. Die Lenkradwelle 11 treibt eine Schnecke 25 über eine mit Spiel behaftete Verbindung bestehend aus einer Torsionsstange 26 und einer losen Keilverzahnung 24. Die Schnecke treibt über eine Antriebseinrichtung 27 die Hülse 25 eines in der Mitte offenen drehbaren Lenkventiles. Die Lenkverbindung mit der Achse 11, der Schnecke 25 und der Verbindung 24, 26 kann von üblicher bekannter Konstruktion sein. Beim Verdrehen der Achse 11 wird der Lenkzapfen 13 durch die Bewegungsabnahmerolle 29» die schwenkbar auf einem quer zur Achse des Lenkzapfens 13 angeordneten Stift 28 unterstützt 1st, hin- und hergeschwenkt. Die Schnecke 25 besitzt vorzugsweise ein sich änderndes Übersetzungsverhältnis, in dem die schraubenförmige Nockenbahn

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veränderbare Steigung aufweist und ein relfclv hohes LenkUbersetzungsverhältnle in der Mittelstellung oder In der geradeaus-Stellung gewährleistet« das ziemlich schnell abnimmt, sobald die Räder aus- der Mittelstellung herausgeschwenkt werden, und zwar mit einer allmählichen Herabsetzung dieses Übersetzungsverhältnisses beim zunehmenden Verschwenken der Räder. Der Wunsch nach einer solchen Kennlinie in Kombination »it der Drehmomentanpasaung wird verständlich» wenn man bedenkt« daß mit einem solchen hohen übersetzungsverhältnis in der Mittelstellung ein relativ erlngerer Anteil des gesamten Drehmomentes tatsächlich am Lenkrad nötig ist um die Fahrzeugräder zu verschwenken, insbesondere wenn sich das Fahrzeug sehr schnell bewegt. Durch die Drehmomentanpassung mit geringeren Drehmoment in der Mittelstellung als bisher wird also den Fahrzeugführer ein besseres Lenkgefühl vermittelt. Dieses Lenkgefühl 1st jedoch nicht allzu groß In solchen Situationen, in denen das Drehmomenterfordernis und auch das übersetzungsverhältnis sehr hoch ist, denn mit geringen zusätzlichen Drehmomenten des Lenk* rades und damit entsprechenden Ventilauslenkungen können genügende Kräfte vom Servomotor zugeführt werden, um die Lenkung im wesentlichen unabhängig von der Drehkraft des Fahrzeugführers zu machen.

Die Kraft der Lenkhilfe wird bei der Erfindung über eine hin- und herbewegbare Zahnstange 42 aufgebracht. Diese Zahnstange 42 arbeitet mit einer Verzahnung 43 zusammen, die einstückig am Lenkzapfen 13 ausgebildet ist und die in Eingriff mit dieser Zahnstange durch einen Lagerblock 44 gehalten ist, der seinerseits einstellbar von einer Schraube 45 mit Feststellmutter 46 unterstützt ist. Die Zähne 43a

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und 42a sind nach Pig. 3 mit einem veränderbaren Übersetzungsverhältnis ausgestattet. Der Teilkreis 47 des Zahnrades 43 beeitst den kleinsten Radius um die Drehachse 13a des Lenkzapfens 13 an Mittel- oder Geradeaus-Punkt 48 und dieser Radius nimmt von diesem Mittelpunkt aus nach außen hin zu. Die Teilkreislinie der Zähne 42a der Zahnstange 42 passen zusammen mit dem Teilkreis der ZMSme 43a und das Verhältnis der Kraftübertragung von der Zahnstange zum Lenkzapfen 13 nimmt also bei jedem beliebigen Hydraulik-Druck zu, wenn die Zahnstange 42 aus der dargestellten Mittelstellung herausbewegt wird. Diese Zunahme 1st vorzugsweise so bemessen« daß mit üblichen voll geöffneten Lenkventilen und bei höchstem Pumpendruck im wesentlichen das gleiche Drehmoment erzeugt wird, wie dies mit der Kurve 30 für ein bestimmtes Fahrzeug bei dessen Stillstand und bei angezogener Bremse angegeben ist. Damit wird nicht nur ein genügendes Drehmoment in den äußeren Schwenkstellungen der Räder des Kraftfahrzeuges erreicht sondern in der geradeaus-Stellung wird auch ein wesentlich geringeres Drehmoment erzeugt. Dieses geringere Drehmoment besitzt den Vorteil, daß die Lenkgeschwindigkeltseigenschaften wesentlich verbessert werden. Wenn der Motor 40 ein relativ geringes Drehmoment abgibt, so geschieht dies dadurch, daß der Kolben 4l, der sich bei voll offenem Ventil mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, weniger bewegt um eine vorbestimmte Drehung des Lenkzapfens zu erzeugen. Relativ schnelle Lenkzapfendrehungen werden also mit geringeren Kolbenbewegungen erreicht und die Ansprechempfindlichkeit des Systems ist daher wesentlich größer. Die Drehgeschwindigkeit bei geringeren Drehmomentzuständen wird also in und nahe der Mittelstellung des Lenksystemes erhöht. Es ist wünschenswert, daß dieses Ansprechen in und

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nahe der geradeaus-Steilung der Räder so schnell wie möglich erfolgt und daß die Handsteuerung möglichst groß ist* damit die Handhabung verbessert wird und vor allem auch das geradeaus-FahrgefUhl verbessert wird. Dies wird gemäß der Erfindung durch die beschriebene Drehmomentanpassung erreicht.

Die verschiedenartigsten Kraftfahrzeugtypen haben auch die verschiedenartigsten Lenkeigenschaften und Lenkbelastungen sowie Empfindlichkeitsforderungen. Das Lenksystem 1st außerdem ein sehr wichtiger und empfindlicher Teil eines. Kraftfahrzeuges. Um eine vollständige Drehmomentanpassung zu erzielen, sollte deshalb die übertragung des Drehmomentes durch das System im wesentlichen unabhängig von irgendwelchen Schmierteilwirkungen des Lenkgetriebes sein. Die meisten bisher bekannten Systeme dieser Art besitzen große Reibungsverluste im KraftUbertragungsweg und es 1st wichtig, nach der Erfindung diese Verluste so klein wie möglich zu halten. Im Hinblick auf die sehr unterschiedlichen Eigenschaften der verschiedenen Kraftfahrzeugfabrikate ist es außerdem wünschenswert, daß die Verbindung zwischen dem Kolben 41 und dem Lenkzapfen 30 mit dem sich ändernden übersetzungsverhältnis sehr anpassungsfähig 1st. Beide Forderungen werden durch die erfindungemäße Anordnung erfüllt. Der Kraftmotor ist mit dem Lenkzapfen durch eine Zahnradverbindung mit variablem übersetzungsverhältnis verbunden, bei welcher die übertragung der Kräfte über einen Gleit- und Abrollkontakt erfolgt. Dieser Kontakt wird durch die Verzahnung 42 und 43 hergestellt. Die Verzahnungen 42 und 43 gewährleisten eine ausgleichende Kraftübertragung, die durch geeignete Wahl der verschiedenen Teilkreisbeziehungen

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geändert werden kann, ohne daß hierzu irgendwelche anderen Teile als der Lenkzapfen mit seinem damit verbundenen Zahnsegment und die Zahnstange geändert werden müssen. Nachdem die Drehtnomenterfordernisse bei jedem Fahrzeug am Lenkzapfen analysiert werden können, kann an diesem Punkt auch das zur Verfügung stehende Drehmoment bestimmt werden und es können auch

sehr einfach die erforderlichen Teilkreise 47 und 48a %

sowie Formen für die Zähne dieses Getriebes ermittelt werden.

Figuren 6 und 7 zeigen ein praktisches Ausführungsbeispiel des Ubertragungsgetriebes für die Lenkkraft. Aus diesen Figuren geht hervor, daß die Zähne aus sehr einfach herstellbaren Flächen bestehen. Durch Beschränkung der Zahnform ausschließlich auf gerade oder gekrümmte Flächen mit festem Radius ist die Herstellung solcher Zähne sehr einfach und es ist hierzu keine komplizierte Zahnradherstellungsmaschine nötig. Die Zähne können auf den beiden Teilen einfach durch Ausräumen ausgebildet A

werden, einer sowohl von dem Zeitaufwand als auch von den Werkzeugen her gesehen sehr einfachen Herste1lungstechnik. Gleichzeitig kann damit aber auch eine Verzahnung hergestellt werden, die praktisch in der Mittelstellung kein Spiel aufweist und deren Spiel allmählich mit zunehmendem Einschlagen der Räder bis zu einem konstanten Spiel zunimmt.

Die durch Ausräumen hergestellten Zähne nach Figuren 6 und 7 können sehr einfach so hergestellt werden, daß in der Mittelstellung das Spiel Null ist und dass nach bei-

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den Selten aus dieser Mittelstellung heraus bis zum Anschlag ein vorbestimmtes Spiel herrscht, wie dies in dieser Einfachheit mit den in üblicher Weise hergestellten Zahnrädern nicht herstellbar wäre. Die rerativen Abmessungen in Fig. 6 und 7 sind in Zoll angegeben. Nachdem es sich hier aber um relative Abmessungen handelt, können die dort gezeigten Abmessungen auch als Zentimeterangaben angesehen werden. Die Linie CLP 1st die Mittellinie des Kolbens 41. Diese Figuren zeigen deutlich, daß keine komplizierten Umrißformen für die Zähne nötig sind. Alle Kurven sind nur einfache Radien und das Ausräumen des Materials bei der Herstellung erfolgt parallel zur Mittellinie und es ist dabei keine Verdrehung oder Hin- und Herbewegung weder des Zahnrades noch des Schneidwerkzeuges erforderlich. Da die Bearbeitungsbewegung beim Ausräumen längs einer geraden Linie erfolgt« kann die Breite des mittleren oder Hauptzahnes beliebig geändert werden, ohne daß hierdurch die übrigen Zähne beeinflußt werden, eine Herstellungstechnik, die bei den bisher üblichen Herstellungsverfahren für Zahnräder nicht angewendet werden kann.

So sind beispielsweise die Zähne der Zahnstange und des Antriebsritzels des Getriebes nach General Motors bestimmten Beschränkungen unterworfen. Die Zahnform bei dieser bekannten Anordnung ist im Bereich der Obersetzungsmöglichkeiten sehr beschränkt. Die scharfen Übergänge zwischen den Änderungen des Übersetzungsverhältnisses bei dem Getriebe nach General Motors werden durch plötzliche Änderungen in den Verzahnungsverhältnissen zwischen dem Schneidwerkzeug und dem damit bearbeiteten Antriebsritzel in der Zahnradherstellungsmaschine erzeugt. Die Änderung

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des Teilkreisradius muß in solchen Füllen in die Maschine eingegeben «erden und ebenso in die Meßeinrichtung, mit welcher die fertigen Stücke geprüft werden. Bei den bekannten Getrieben konnte deshalb keine beliebige gleitende Übergangskurve zwischen den einzelnen Bereichen vorgesehen werden. Die Hersteller bisheriger Übertragungsverzahnungen haben nicht erkannt, daß Evolventen und andere klassische Zahnradformen, die gleichbleibende Charakteristiken besitzen, ungeeignet sind als Ausgangspunkt für Verbindungen mit sich änderndem Übersetzungsverhältnis. Bei sich ändernden Übersetzungsverhältnis 1st es nämlich wünschenswert, eine zunehmende Kraft aufzubringen, wenn sich das Zahnrad von der Mittelstellung herausbewegt, wie dies oben näher dargelegt ist. Es 1st aber auch sehr wesentlich, stets einen exakten Eingriff mit enger Passung in dieser Mittelstellung zu erreichen und diesen Eingriff auf beiden SSlten dieser Mittelstellung immer loser zu machen und geringe Änderungen in der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Lenker und den angetriebenen Teilen an Punkten zu erreichen, an denen die Berührungen von einem Zahn zum anderen sich ändern. Gemäß der Erfindung wird also eine erstmale in nicht üblicher Weise hergestellte Verzahnung verwendet, die in sich die Übersetzungsverhältnisse ändert während sie auch relativ einfache Formen besitzt und trotzdem die oben gewünschten Eigenschaften gewährleistet. Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Getriebes ist daher seine einfache geometrische Form und im Hinblick auf genaue Beaesung dl« trotzdem mögliche Gewährleistung der verschiedenen komplexen Ex&rdernlsse des Systemes.

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Aus den Figuren ergibt sich, daß die Zähne gekrümmte Flanken besitzen* sodaß alle beiden zusammenwirkenden Flanken das Verhältnis zwischen der Zahnstange und dem Ritzel steuern« obwohl sie nach Art eines Kurbel- oder Hebelmechanismus zusammenwirken. Die klassischen Kurbelmechanismen erzeugen bekanntlich annähernd harmonische Bewegungen zwischen einem hin- und herbeweglichen Element und einem Drehelement und zwar mit einem Geschwindigkeitsverhältnis, das sich ständig ändert. Dieses Verhältnis kann in einem großen Bereich geändert werden und zwar durch Änderung der Proportionen dieser Teile. Diese Eigenschaften werden auch bei den dargestellten Verzahnungen dadurch ausgenutzt« daß aufeinanderfolgende Zähne, deren Mittelpunkte und Radien enterechender gewählt sind, so ausgebildet werden, daß sie einen bestimmten Kennlinienverlauf der Qeschwindlgkeit ergeben, welcher den oben beschriebenen Verzahnungseigenschaften genügen. Die entsprechenden Dimensionen hierfür sind in den Figuren 6 und 7 angegeben.

Patentansprüche

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Claims (6)

1. PATENTANWALT 8000 Mf NCHKlV »Ο

   ρΐπ.ηβ. W. «BAP

   * A - 257

   Patentansprüche

   Servolenksystem, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Servomotor (40, 4l) und dem mit dem Lenkgestänge (14 bis 17) verbundenen schwenkbaren Lenkzapfen (13) ein Getriebe (42, 43) mit von der Mittelstellung (48) des Lenkzapfens (13) zu dessen äußeren Schwenkstellungen zunehmendem Übersetzungsverhältnis angeordnet ist.
2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe durch ein Zahnrad (43) und eine damit zusammenwirkende Zahnstange (42) gebildet ist und das Zahnrad (42) einen Teilkreis (47, 48a) von sich änderndem Radius besitzt.
3. 3· System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor (40, 41) und das übersetzungsverhältnis des Zahnradgetriebes (42, 43) derart bemessen und aufeinander abgestimmt sind, daß in der Radmittelstellung ein relativ geringes und mit zunehmendem Radeinschlag ein relativ größeres Lenkdrehmoment zur Verfugung steht.
4. 4. System nach Anspruch 1 bl3 3» dadurch gekennzeichnet, daß das zur Verfügung stehende Lenkdrehmoment innerhalb des gesamten Radeinschlag-Wlnkelberelches etwa dem für den speziellen Fahrzeugtyp nötigen Lenkdrehmoment (30) proportional ist.

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5. 5. System nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die drehwinkelabhängige Drehraomentkurve des zur Verfügung stehenden Lenkdrehmoments etwa parallel zu bzw. sich deckend mit der gewünschten Lenkdrehmomentkurve (30) verläuft.
6. 6. System nach Anspruch 1 bis 5* dadurch g ekennzei c h η e t, daß die Lenkdrehgeschwindigkeit in der. Radmittelstellung am größten 1st und mit zu· nehmendem Radeinschlag abnimmt.

   7· System nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocken-Zapfen-Verbindung (25, 29) zwischen Lenkradachse (11) und verschwenkbarem Lenkzapfen (13) in der Lenkmittelstellung das größte übersetzungsverhältnis und mit zunehmenden Radeinschlag zunächst schneller abnehmendes und schließlich weniger schnell bis zu einem konstanten Wert abnehmendes übersetzungsverhältnis besitzt.

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