DE2809221C2 - Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge mit änderbarem Übersetztungsverhältnis - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 22 23 527 ist ein solches Lenkgetriebe bekannt. Die schraubenlinienförmige Verzahnung erstreckt sich dort über 360° des Umfanges und ist durch eine Steuerspur unterbrochen, die ebenfalls einen schraubenlinienförmigen Verlauf aufweist. In die Steuerspur ragt ein Nachlaufteil in Form einer Kugel, die von einem Stößel getragen ist. Eine Feder beaufschlagt den Stößel und damit die Kugel etwa rechtwinklig zur Längsachse der Zahnstange und hält die Kugel in Eingriff mit der Steuerspur, um das durch die Steigung der Verzahnung vorgegebene Überset-Zungsverhältnis in Abhängigkeit der gewählten Kurvenform der Steuerspur zu ändern.

Wie die Erfahrung gezeigt hat, wirkt auf die schraubenlinienförmige Verzahnung einer solchen Zahnstange beim Eingriff des Ritzels eine hohe, die

ίο Zahnstange verbiegende Seitenkraft, sobald das Ritzel über das Lenkrad des zugeordneten Kraftfahrzeugs um seine Längsachse gedreht wird. Sind keine Maßnahmen zur Aufnahme dieser Seitenkräfte getroffen, so bringen diese das Ritzel und die Zahnstange außer Eingriff und fühlen innerhalb kürzester Zeit zum Verschleiß des Lenkgetriebes, was katastrophale Folgen mit sich bringt. Die Zahnstange eines solchen Lenkgetriebes ist nämlich ein relativ langer Biegebalken, so daß die senkrecht zu den Auflagern der Zahnstange wirkenden Kräfte auch ruinöse Folgen auf die Lager haben.

Um die Zahnstange eines solchen Lenkgetriebes im normalen Eingriff mit dem Ritzel zu halten, ist es gemäß der GB-PS 6 09 356 bekannt, entweder eine genaue Führung der gesamten Zahnstange in einer Lagerhülse und eine Trennung von Verzahnung und Steuerspur oder aber eine entsprechend starke Bemessung von Zahnstange und ihrer beidseitigen Lager vorzusehen. Für d^;e Realisierung dieses Vorschlages ist aber ein untragbarer Fertigungsaufwand erforderlich. Die relativ starre Führung überträgt darüberhinaus Lenkstöße unmittelbar auf das Lenkrad, bereits geringfügige Störungen — wie Verschmutzungen und Steinsxhlag — führen zur Blockierung.

Bei Kraftfahrzeug-Lenkgetrieben ohne veränderbares Übersetzungsverhältnis, bei denen das Ritzel mit einer geradlinigen Verzahnung der Zahnstange zusammenwirkt, ist es zur Aufnahme der Seitenkräfte gemäß der DE-OS 22 58 478 bekannt, gegenüber dem antreibenden Ritzel des Zahnstangentriebes ein Joch anzuordnen, das an dem der Verzahnung gegenüberliegenden freien Teil des Umfanges der Zahnstange angreift. Auf diese Weise können die die Zahnstange verbiegenden Seitenkräfte einfach und sicher aufgenommen und Zahnstange und Ritzel miteinander in Eingriff gehalten werden.

Mit Hilfe einer Geradverzahnung läßt sich doch lediglich ein kleines Übersetzungsverhältnis zwischen Lenkrad und damit zwischen dem Ritzel und der Zahnstange erzielen. Eine schwergängige Lenkung ist daher die Folge. Darüberhinaus ist mit Hilfe einer solchen Verzahnung eine Übersetzungsänderung unmöglich. Der heutige Fahrkomfort und die Anforderung an die Lenksicherheit aufgrund gesetzlicher Vorschriften erzwingen aber hohe Übersetzungsverhältnisse, also die Anwendung von hoch übersetzenden schraubenlinienförmigen Verzahnungen. Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, die aus der GB-PS 6 09 356 bekannte Lösung in die Praxis einzuführen.

Der Anwendung eines Joches zur Aufnahme der Seitenkräfte gemäß der genannten DE-OS 22 58 478 steht die Erfahrung entgegen, daß ein solches Joch durch die relativ hohen spezifischen Flächendrücke zwischen den einzelnen Stirnseiten der Gewindegänge der Verzahnung und dem Joch dieses sehr schnell zerstört wird, und daß insbesondere die Stirnflächen des Joches während des Lenkvorganges in die Verzahnung der Zahnstange eingreifen können, was zur Blockierung des Lenkgetriebes führt. Aus all diesen Gründen konnte

sich weder die Lösung nach der genannten britischen Patentschrift noch nach der DE-OS 22 23 527 in die Praxis einführen.

Der Erfindung liegt daher die AufgaDe zugrunde, unter Meidung der geschilderten Nachteile ein in seinem Übersetzungsverhältnis änderbares Lenkgetriebe der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die Änderung des Übersetzungsverhältnisses mit Hilfe einfach und betriebssicher arbeitender technischer Mittel durcnführbar ist.

Ausgehend von einer Einrichtung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Beschränkung der schraubenlinienförmigpn Verzahnung auf einen Umfangsabschnitt von 140° bis 180° des für die Verzahnung an sich z"r Verfugung stehenden Umfanges ist nunmehr Platz für eine als Stützfläche dienende, relativ große Mantelfläche geschaffen, an der die als federbelastetes Joch ausgebildete Abstützung unmittelbar der Verzahnung gegenüberliegend angreifen kann und dadurch bei allen Betriebsverhältnissen das Ineinandergreifen der Verzahnungen von Ritzel und Zahnstange sicherstellt. Da diese Mantelfläehe frei von Gewindegängen und Steuernuten ist, steht sie mit ihrer gesamten Fläche für die Abstützung zur Verfugung, was zu einer relativ geringen Flächenpressung führt. Da die Steuerspur nicht mehr als abstützende Fläche benötigt wird, kann auch der damit zusammenwirkende Spurstößel für die Änderung des Übersetzungsverhältnisses leichtgängig und betriebssicher gestaltet werden. Jede punktförmige Belastung ist durch die Ausbildung von Verzahnung und Steuerspur vermieden. Eine hohe Leichtgängigkeit des Lenkgetriebes und eine lange Lebensdauer sind daher die Folge. Die Begrenzung der schraubenlinienförmigen Verzahnung auf einer. Teil des zur Verfügung stehenden Umfanges der Zahnstange hat den weiteren Vorteil, daß das Übersetzungsverhältnis, also der Steigungswinkel der einzelnen Schraubengänge, unabhängig vom Durchmesser der Zahnstange wählbar ist. Auf diese Weise kann den jeweiligen Erfordernissen der gewählten Lenkcharakteristik leichter als bisher nachgekommen werden. Wenn gemäß der weiteren Ausgestaltung des Lenkgetriebes nach Anspruch 2 die Verzahnung auf einer Hülse angeordnet ist, ergibt sich der weitere Vorteil, daß bei gleichen äußeren Abmessungen des Lenkgetriebes durch Austausch solcher Hülsen die Lenkcharakteristika für unterschiedliche Fahrzeugtypen frei gewählt werden können, was zu einer wesentlichen Vereinfachung und damit zur Verringerung der Herstellungs- und Lagerkosten führt. Schließlich ermöglichen alle Maßnahmen eine einfache Fertigung der Bauteile, da keine engen Toleranzen einzuhalten sind. Auch damit wird die Betriebssicherheit erhöht und insbesondere die Wartung solcher Lenkgetriebe. Obwohl die Steuerspur so ausgebildet sein kann, daß durch sie die Zahnstange oder Hülse in jeder beliebigen Stellung der längsverschieblichen Zahnstange in bezug auf das Getriebegehäuse gedreht wird, ist es vorteilhaft, einen insbesondere mittleren Bereich oder mehrere Bereiche vorzusehen, innerhalb dem oder derer bei der Verschiebung der Zahnstange keine Drehung derselben erfolgt, also das Übersetzungsverhältnis unverändert bleibt. Sobald die Zahnstange sich aber aus dem mittleren Bereich hinausbewegt und d>3 lenkbaren Räder gegen den maximalen Einschlag

geschwenkt werden, werden die Steuermittel wirksam, indem sie die Zahnstange oder die Hülse gegenüber dem Gehäuse drehen und damit das Übersetzungsverhältnis in vorgegebenem Maße ändern.

D^;ese Wirkung ist von besonderem Vorteil, wenn auf engem Raum geparkt werden soll, da hier die lenkbaren Räder rasch hintereinander abwechselnd in der einen und anderen Richtung maximal eingeschlagen werden müssen, so daß hier eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Lenkgetriebes eine wesentliche Erleichterung für das Einparken bringt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt

Γ i g. 1 einen Teillängsschnitt durch ein Fahrzeuglenkgetriebe nach der Erfindung;

F i g. 2 einen F i g. 1 ähnlichen Längsschnitt durch das Lenkgetriebe, aus dem insbesondere die Ausbildung und Zuordnung der Zahnstange und der Steuerspur in der Hülse hervorgehen;

F i g. 3 einen Teilschnitt des Lenkgetriebes nach der Linie A-A aus F i g. 2.

Das Lenkgetriebe nach den F i g. 1 bis 3 weist eine Zahnstangeneinheit 100 mit einer zylindrischen Stange 1 auf, deren Längsachse mit la bezeichnet ist, sowie eine zylindrische Hülse 2. die über ein Gleit- oder Nadellager 3 und ein Kugellager 4 drehbar auf Stange 1 gelagert ist.

Das Kugellager 4 wird axial auf der Zahnstange 1 und an einer Stirnseite der Hülse 2 über ringförmige Sicherungsringe 5 gehalten, die in ringförmigen Ausnehmungen der Stange sowie der Hülse liegen.

Die Anordnung des Kugellagers 4 auf der Stange und in der Hülse ist so getroffen, daß eine axiale Bewegung zwischen beiden verhindert ist. Die Zahnstangeneinheit 100 ist innerhalb eines Getriebegehäuses 6 angeordnet.

Die Hülse 2 weist eine schraubenlinienförmige Verzahnung 7 auf, die über etwa 140° bis 180° ihres Umfangs reicht. Mit dieser Verzahnung wirkt die Verzahnung eines Ritzels 8 zusammen, das im Getriebegehäuse 6 über nicht dargestellte Lager gelagert ist. Die Stange 1 der Zahnstangeneinheit 100 ist im Getriebegehäuse 6 in einem Gleitlager oder einer Buchse 9 gelagert, die vorzugsweise an einem zylindrischen Flansch 10 des Getriebegehäuses aufliegt, und ist in dieser längsverschieblich. Die Hülse 2 und damit die Zahnstangeneinheit 100 wird im Getriebegehäuse 6 über ein federbelastetes Joch 11 gehalten, das an der Hülse 2 auf der von der Verzahnung abgewendeten Seite, dem Ritzel gegenüberliegend, angreift, so daß die Verzahnung 7 mit der Verzahnung des Ritzels in Eingriff gehalten wird. Die Enden der mit 1 bezeichneten Stange sind über Antriebsgelenke 12 mit Spurstangen 13 verbunden, über die der Ausgang des Lenkgetriebes über ein Gestänge auf die lenkbaren Räder eines Fahrzeugs übertragen werden soll. Ähnlich wie bei den herkömmlichen Zahnstangengetrieben wird die Zahnstangeneinheit 100 bei Drehung des Ritzels 8 über eine auf die Ritzelwelle aufgebrachte Kraft in Richtung der Längsachse la in bezug auf das Getriebegehäuse 6 bewegt.

In der Gehäusewandung des Getriebegehäuses 6 ist nahe am Ritzel 8 ein zylindrischer Spurstößel 14 (F i g. 3) ant, ordnet, dessen Achse im wesentlichen senkrecht zur Achse la und in bezug auf sie radial verläuft. Der Spurstößel ist in einer Ausnehmung der Gehäusewandung über eine Verschraubung 15 gehalten, die eine Drehung des Spurstößels 14 um seine Achse ermöglicht. Hierzu ist der Spurstößel in einem Rollenlager 16

gelagert. Das radial nach innen gerichtete Ende des Spurstößels 14 ist kegelstumpfförmig ausgebildet und greift in eine im Mantel der Hülse 2 eingearbeitete als Lä'ngsnut ausgebildete Steuerspur 18 ein. Die Steuerspur 18 hat etwa die gleiche I ängserstreckung auf der Hülse 2 wie die Verzahnung 7 und weist einen mittleren Bereich 18a auf, in dem sie im wesentlichen geradlinig und parallel zur Achse la verläuft sowie je einen äußeren Bereich, wo sie einen schraubenlinienförmigen oder einen anderen nicht geradlinigen Verlauf hat, so daß die Nut insgesamt gemäß Fig.2 etwa ein seitenverkehrtes »S« bildet.

Während der Längsverschiebung der Zahnstangeneinheit 100 in bezug auf das Getriebegehäuse 6 dreht sich die Hülse 2 in bezug auf das Getriebegehäuse 6 — oder relativ zur Stange 1 — so lange nicht wie das kegelstumpfförmige Ende 17 des Spurstößels 14 im geradlinigen mittleren Bereich 18a der Steuerspur 18 geführt ist, so daß hier das Übersetzungsverhältnis des Lenkgetriebes konstant bleibt. Bei weiterer Verschiebung der Zahnstangeneinheit 100 entlang der Achse la bis zum Eintritt des Spurstößels in einen der äußeren Bereiche 18feder Steuerspur wird die Hülse 2 infolge des über die Wandungen der Steuerspur auf den Spurstößel ausgeübten Drucks in bezug auf das Getriebegehäuse 6 gedreht. Als Folge hiervon führt die Verzahnung 7 eine schraubenförmige Bewegung über der Verzahnung des ■; Ritzels 8 aus, mit der es auch während der Drehung des Ritzels 4 in Eingriff bleibt.

Als Folge hiervon ändert sich für eine bestimmte Drehung des Ritzels 8 die Längsverschiebung der Zahnstangeneinheit, je nachdem, ob der Spurstößel 14

in sich in dem einen oder dem anderen äußeren Bereich 180 der Steuerspur verschiebt im Vergleich zur Verschiebung des Spurslößeis 14 in dem geradlinigen mittleren Bereich 18a, so daß sich durch diese Änderung des Übersetzungsverhältnis ändert.

!5 Der Spurstößel 14 ist in dem Rollenlager 16 drehbar gelagert, damit, wie schon erwähnt, die zwischen der Steuerspur 18 und dem Spurstößel 14 bei dessen Verschiebung an den Wandungen der Steuerspur entstehende Reibung möglichst klein gehalten werden kann. Die Verzahnung des Ritzels 8 kann in herkömmlicher Weise als Gerad- oder Schrägverzahnung ausgebildet sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge mit einer in einem Getriebegehäuse längsverschiebbar sowie drehbar gelagerten Zahnstange, die eine mit einem im Getriebegehäuse drehbar gelagerten Ritzel in Eingriff stehende schraubenlinienförmige Verzahnung aufweist, der eine sich in Längsrichtung der Zahnstange erstreckende Steuerspur zugeordnet ist, in die ein gehäusefester Spurstößel eingreift, um die Zahnstange beim durch das Ritzel eingeleiteten Längsverschieben entsprechend der Steigung der Steuerspur zum Ändern des Obersetzungsverhältnisses relativ zum Getriebegehäuse zu drehen, wobei die Verzahnung und das Ritzel durch auf der dem Ritzel gegenüberliegenden Seite angeordnete Mittel federnd in Eingriff gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenlinienförmige Verzahnung (7) lediglich einen Umfangsabschnitt von etwa 140° bis 180° des Umfangs der Zahnstange (1) erfaßt, daß die sich in Längsrichtung der Zahnstange erstreckende Steuerspur (18) im verzahnungsfreien Umfangsabschnitt vorgesehen ist, und daß die Verzahnung (7) und das Ritzel (8) von einem im Getriebegehäuse (6) auf der dem Ritzel gegenüberliegenden, verzahnungsfreien Seite angeordneten, eine Abstützung bildenden, federbelasteten, vom Spurstößel getrennten Joch (11) in Eingriff gehalten sind.

2. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Verzahnung (7) und die Steuerspur (18) auf einer Hülse (2) angeordnet sind, die auf der im Getriebegehäuse (6) längsverschiebbar gelagerten Stange (1) drehbar, aber axial unverschiebbar gelagert ist, und daß deren von der Verzahnung und der Steuernul freier Abschnitt von dem Joch (11) beaufschlagt isv.

3. Lenkgetriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der der Steuerspur (18) zugeordnete Spurstößel (14) im Getriebegehäuse (6) um eine sich radial und senkrecht zur Drehachse der Zahnstangeneinheit (100) erstreckende, dem Ritzel (8) benachbarte Achse (Rollenlager 16) drehbar gelagert ist.

4. Lenkgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspur (18) mindestens einen sich in Längsrichtung der Zahnstangeneinheit (100) erstreckenden geraden Bereich aufweist, um durch den darin eingreifenden Spurstößel (14) beim Längsverschieben der Zahnstangeneinheit die Stange (1) bzw. die Hülse (2) in bezug auf das Getriebegehäuse (6) innerhalb dieses Bereiches in Lage zu halten.