DE2249259A1

DE2249259A1 - Zahnstangenlenkung fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2249259A1
Application number: DE19722249259
Authority: DE
Inventors: Hans-Hermann Dipl Ing D Braess
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1972-10-07
Filing date: 1972-10-07
Publication date: 1974-04-11
Also published as: FR2202486A5; IT995596B; GB1441397A

Description

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Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge, bei der eine in einem Lenkgehäuse, verschieblich geführte Zahnstange mit einem Zahnrad in Eingriff steht und die Zahnstange an ihren freien Enden gelenkig mit einer Spurstange verbunden ist.

An eine Fahrzeuglenkung werden zwei Forderungen bezüglich des Übertragungsverhaltens gestellt. So soll die Lenkung bei vom Fahrer eingeleiteten Lenkradbewegungen feinfühlig reagieren, d.h., sie soll bei kleinen Winkelausschlägen und bei geringen Kräften das Fahrzeug von der Geradeausfahrt in eine Kurvenfahrt überleiten. Dies bedeutet insbesondere, daß die im Lenksystem vorhandene konstante Reibung nicht zu hoch sein darf, da der Fahrer sonst nicht mit einer von nullstetig ansteigenden Lenkkraft, sondern mit einer sprungförmigen Kraft einlenken muß, bei welcher fast immer eine genaue Dosierung unmöglich ist.

Ferner soll über die Fahrzeuglenkung ein fühlbarer Kontakt zur Fahrbahn hergestellt werden, dies bedeutet, daß niederfrequente, relativ große Lenkmoment-Änderungen im Lenkrad fühlbar sein sollen, durch die der Fahrer eine zusätzliche Information über den Fahrzustand erhält. Alle höherfrequenten Störungen infolge Fahrbahnunebenheiten oder Reifenungleichförmigkeiten sollen dagegen vom Lenkrad fergehalten werden.

Bei einer bekannten Ausführung weist die Zahnstange im Lenkgehäuse eine Reibungsbremse auf, durch die aber das feine Gefühl für die Vorgänge zwischen den Reifen und der Straße verlor engeht und auch die aufzuwendende Lenkkraft am Lenkrad erhöht wird. Ferner ist es nachteilig, daß die Reibungskräfte der Reibungsbremse keinen Unterschied, von der Einleitungsrichtung zeigt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnstangenlenkung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Lagerreibung der Zahnstange bei Kraftein]eitung vom Lenkrad niedrig und bei Krafteinleitung von den Rädern bzw. in die Spurstangen dagegen höher ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zahneingriffswinkel ⁰^ zwischen dem Zahnrad und der Zahnstange eine derart klein bemessene Winkelgrösse aufweist, daß in Abhängigkeit von vom Lenkrad einfallenden Lenkmomenten die Lager der Zahnstange im Lenkgehäuse möglichst kleine Reibungskräfte aufweisen und die Spurstange unter einem derart groß bemessenen Spurstangenanlenkwinkel β zur Zahnstange angeordnet ist, daß durch von aussen eintretende Spurstangenkräfte die Lager der Zahnstange im Gehäuse möglichst große Reibungskräfte aufweisen.

Mit der erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkung ist in vorteilhafter Weise erreicht, daß in Abhängigkeit von der Einleitungsrichtung der Kraft die Höhe der Reibung in den Lagern richtungsabhängig ist. Die Lenkung wird hierdurch leichtgängig und die Verhältnisse zwischen den angelenkten Rädern und der Straße sind fühlbar und eine gewisse Dämpfung wird erreicht, um die auf die Räder wirkenden Störmomente von der Fahrbahn vom Fahrer fernzuhalten.

Ein vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkung besteht in der Kombination folgender Merkmale:

a) Die Zahnstange steht mit dem Zahnrad in einem Eingriffswinkel, der etwa zwischen 10 Und 20° beträgt ₉

b) die mit der Zahnstange verbundene Spurstange ist unter einem Spurstangenanlenkwinkel 0 von etwa 20 - 35° zur Zahnstangenlängsachse angeordnet und

c) zwischen dem Eingriffswinkel tx an der Zahnstange und dem Zahnrad sowie dem Spurstangenanlenkwinkel ß zwischen der Spurstange und der Zahnstangenlängsachse besteht eine relativ große Winkeldifferenz. ^098 1 5/0649

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der Zahnstangenlenkung und Fig. 2 den Zahneingriffswinkel <X zwischen Zahnstange und Zahnrad.

Der Lenkmechanismus (Fig. 1) besteht aus einer in einem Lenkgehäuse (nicht gezeigt) in Lagern 2 und 3 längsverschieblich angeordneten Zahnstange 1. In die Verzahnung der Zahnstange 1 greifen die Zähne eines Zahnrades 4 (Ritzel) ein. Dieses Zahnrad 4 ist mit der Lenksäule 5 verbunden. Die Welle des Zahnrades 4 ist drehbar und die Zahnstange 1 ist dagegen verschiebbar gelagert. Durch Drehen des Zahnrades 4 werden die Zahnstange 1 und die damit verbundenen Spurstangen 6 und 7 verschoben, so daß die Räder eine Lenkbewegung ausführen. Zwischen dem Zahnrad und der Zahnstange 1 wird ein kleiner Zahneingriffswinkel o< gewählt. Hierdurch entsteht bei der Einleitung eines Drehmoments vom Lenkrad, also vom Fahrer, am Zahneingriff des Zahnrades 4 in der Zahnstange 1 eine Kraft, deren Wirkungsrichtung vom Zahneingriffswinkel abhängig ist. Bei geringem Zahneingriffswinkel ist dann die senkrecht auf die Lager 2 und 3 wirkende Querkraft Q. auf die Zahnstange und damit die auf die Lager wirkenden Kräfte N₁ und N₀ der Zahnstange 1 im Gehäuse

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gering. Des bedeutet, auch kleine Reibungskräfte Rl und R2. Die Reibung kann somit bei Krafteinleitung vom Lenkrad niedrig gehalten werden. Die günstigsten Voraussetzungen für eine geringe Reibung ist gewährleistet, wenn der Zahneingriffswinkel im Bereich zwischen 10 und 20° liegt.

Die Spurstangen 6 und 7 sind an den freien Enden der Zahnstange 1 derart angelenkt, daß der Spurstangenanlenkwinkel β zwischen der Zahnstangenlängsachse 8 und der Spurstange 6 bzw. ¹J relativ groß gewählt wird. Der Spurstangenanlenkwinkel soll möglichst im Bereich von 20 - 35° liegen«

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Eintretende Störmomente von der Fahrbahn werden über die Räder eingeleitet, was einer Belastung der Spurstange 6 und 7 durch die Spurstangenkraft Sp entspricht. Es treten relativ große Lagerkräfte N. und Np und damit auch große Reibungskräfte R. und R_p auf. Hierdurch können alle hochfrequenten Störungen vom Lenkrad durch die hohen Reibungskräfte an den Lagern 2 und J5 ferngehalten werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge, bei der eine in einejj, Lenkgehäuse verschieblich geführte Zahnstange mit einem Zahnrad in Eingriff steht und die Zahnstange an ihren freien Enden gelenkig mit einer Spurstange verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahneingriffswinkel <x zwischen dem Zahnrad (4) und der Zahnstange (1) eine derart klein bemessene Winkelgröße aufweist, daß in Abhängigkeit von vom Lenkrad einfallenden Lenkmomenten die Lager (2) und (3) der Zahnstange (1) im Lenkge-· häuse möglichst kleine Reibungskräfte (Rl und R2) aufweisen und die Spurstange (6 bzw.7) unter einem derart groß bemessenen Spurstangenanlenkwinkel β zur Zahnstange (1) angeordnet ist, daß durch von aussen eintretende Spurstangenkräfte (Sp) die Lager (2 und 3) der Zahnstange (1) im Gehäuse möglichst große Reibungskräfte (Rl und R2) aufweisen.

2. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale;

a) Die Zahnstange (l) steht mit dem Zahnrad (4) in einem Eingriffswinkel, der im Bereich zwischen 10 und 20° liegt,

b) die mit der Zahnstange (1) verbundene Spurstange (6 bzw.. 7) ist unter einem Spurstangenanlenkwinkel ,5 von etwa 20 - -35° zur Zahnstangenlängsachse (8) angeordnet und

c) zwischen dem Eingriffswinkel oC an der Zahnstange (1) und dem Zahnrad (4) sowie dem Spurstangenanlenkwinkel β zwischen der Spurstange (6 bzw.7) und der Zahnstangenlängsachse (8) besteht eine relativ große Winkeldifferenz.

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