DE2844359A1

DE2844359A1 - Lenkgetriebe mit variabler uebersetzung

Info

Publication number: DE2844359A1
Application number: DE19782844359
Authority: DE
Inventors: Tokiyoshi Yanai
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1977-10-12
Filing date: 1978-10-11
Publication date: 1979-04-26
Also published as: GB2006385B; FR2405853B1; FR2405853A1; JPS5455927A; JPS5753234B2; GB2006385A

Description

PATENTANWÄLTE

A. GRÜNECKER H. KINKELDEY

DR-MG.

W. STOCKMAIR

DR-INa -AeE (CALTBCN

K. SCHUMANN

DR RER. NKT- DIFL-FHYS.

P. H. JAKOB

CM--NG.

β. BEZOLD

F 13 212

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

Lenkgetriebe mit variabler übersetzung

Die Erfindung betrifft ein Kugelumlauf-Lenkgetriebe mit variabler Übersetzung und insbesondere das Sektorrad und ein Verfahren zum Fräsen des Sektorrades für ein solches Getriebe.

Bekanntlich werden für Kraftfahrzeuge unterschiedlicher Bauarten Lenkgetriebe mit variabler übersetzung verwendet, die so aufgebaut sind, dass sie in der neutralen Stellung des Lenkrades eine hohe Lenkübersetzung aufbringen, während die Übersetzung bei der Bewegung des Lenkrades aus der neutralen Stellung abnimmt.

Es wurde schon vorgeschlagen, diese Lenkgetriebeart in der in Fig. 1 gezeigten Weise aufzubauen.

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TELEFON (08O) 39 38 BS TELEX OS-SO 38Ο TELEQRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

Nach Fig. 1 ist eine Lenkwelle 1 mit einer schraubenlinienförmigen Nut 2 versehen und wird von einem Gehäuse 3 drehbar gehalten. Die Lenkwelle 1 steht mit einem nicht gezeigten Lenkrad in Verbindung, so dass sie sich zusammen mit diesem dreht. Eine Kugelmutter 4 mit einer inneren schraubenlinienförmigen Nut 5 umfasst den schraubenlinienförmig genuteten oder Schneckenabschnitt 2 der Lenkwelle 1 und ist gleitbar im Gehäuse 3 angeordnet. Eine Vielzahl von Kugeln 6 ist in einem nicht näher bezeichneten schraubenlinienförmigen Kugelumlaufweg angeordnet, der zwischen den schraubenlinienförmigen Nuten 2 und 5 an der Lenkwelle 1 und der Mutter 4 gebildet ist, so dass die Mutter 4 bei Drehung der Welle 1 in Axialrichtung der Lenkwelle 1 bewegt werden kann. An der unteren Seite der Mutter 4 ist eine Zahnstange 7 ausgebildet. Eine Schwenkwelle 8 wird durch das Gehäuse drehbar gehalten und liegt quer zur Lenkwelle 1 und zu deren Schneckenabschnitt 2. An der Schwenkwelle 8 ist integral ein Sektorzahnrad 9 angeformt, dessen Zähne mit den Zähnen der Zahnstange 7 kämmen.

Wenn bei dieser Anordnung das Lenkrad und damit die Lenkwelle 1 gedreht wird, bewegt sich die Mutter 4 dazu in Axialrichtung. Die Axialbewegung der Mutter 4 ruft eine Bewegung des Sektorrades 9 über die Zahnstange 7 hervor und dies bedingt eine Verdrehung der Schwenkwelle 8 entsprechend dem übersetzungsverhältnis zwischen Zahnstange 7 und Sektorrad 9. Die Drehung der Schwenkwelle 8 wird über das Lenkgestänge auf die zu lenkenden Räder übertragen, so dass sich diese steuern lassen.

Bei dem bekannten Lenkgetriebe mit variabler übersetzung werden die Zähne des Sektorrades 9 wie folgt gebildet:

Fig. 2 ist eine Seitenansicht von Schwenkwelle 8 und Sektorrad

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als Teile des in Fig. 1 gezeigten Lenkgetriebes mit variabler Übersetzung. Wie dargestellt, sind die Zähne des Sektorrades 9 in Axialrichtung der Schwenkwelle 8 abgeschrägt. Fig. 3A bis 3C zeigen die Zahnprofile des Sektorrades 9 längs der Schnittlinien A-A, B-B und C-C in Fig. 2. Nach den Fig. 3A bis 3C haben die Zähne des Sektorrades 9 eine keilförmige Ausbildung oder eine sich verjüngende Konfiguration. Das heisst, jeder Zahn des Sektorrades 9 ist so ausgebildet, dass der Winkel, unter dem sich die imaginären Zahnflächenverlängerungen schneiden, sukzessive von dem Ende (A-A) mit grösserem Durchmesser zu dem Ende (C-C) mit kleinem Durchmesser abnimmt. Das Sektorrad 9 besitzt einen mittleren Zahn 9a und beidseitig des mittleren Zahnes 9a seitliche Zähne 9b. In bezug auf die gleiche Rotationsebene des Sektorrades 9 hat der seitliche Zahn 9b ein Zahnprofil, bei dem sich die imaginären seitlichen Verlängerungen unter einem stumpferen oder weniger scharfen Winkel als die imaginären seitlichen Verlängerungen des Zahnprofils des mittleren Zahnes 9a schneiden.

Die Zähne des Sektorrades 9 werden mittels einer Zahnradfertigungsmaschine, d.h.einer Sektorrad-Fertigungsmaschine, Typ Fellow, in Relation zu dem Bewegungsbogen des Sektorrades 9 wie folgt ausgebildet:

Der Bewegungsbogen des Sektorrades 9, der der Bewegung des Lenkrades 1 von einem Sperrende zum anderen entspricht, beträgt normalerweise 90°. Das Sektorrad 9 wird jedoch mit einem effektiven gezahnten Bogen von z.B. 120° bis 140° versehen, der relativ zu dem Bewegungsbogen des Sektorrades 9 sehr gross ist, damit die Zähne des Sektorrades 9 an jeder Stelle vollständig ausgebildete Zahnprofile aufweisen. Das heisst, die seitlichen Zähne 9b sind vollständig ausgebildet und besitzen an ihren sämtlichen

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Stellen gekrümmte Zahnprofile mit gekrümmten Seiten, vgl. Fig. 3A bis 3C, auch wenn sie unter Verwendung von einem Zahnstangenfräswerkzeug mit geradlinigen Schneiden oder geradlinigen Zahnprofilen erzeugt werden.

In dieser Beschreibung soll der Ausdruck effektiver gezahnter Bogen des Sektorrades eine Reihe von Zähnen an einem Sektorrad angeben, die mit den Zähnen von einer Zahnstange kämmen können, und soll der Ausdruck auch darauf hinweisen, dass er mit dem Drehbogen von einem Sektorrad-Rohling während des Fräsens des Rades übereinstimmt.

Dadurch, dass die Zähne des Sektorrades 9 in der vorbeschriebenen Weise erzeugt werden, unterliegen die Scheitelpunkte oder oberen Enden der Zähne des Sektorrades 9, insbesondere die oberen Enden der seitlichen Zähne 9b und 9b einer Zuspitzung oder Verjüngung von beträchtlichem Ausmass an dem Ende des Sektorrades 9 mit dem grösseren Durchmesser. Das Sektorrad 9 mit solchen zugespitzten oberen Enden hat eine geringere mechanische Festigkeit als auch ein geringeres Eingriffsverhalten. Wenn ferner der Zahnfläche 9b' des seitlichen Zahnes 9b ein erwünscht geringer Druckwinkel verliehen wird, um ein ausreichend grosses Berührungsverhältnis bei der Eingriffnahme der Zähne der Zahnstange 7 und des Sektorrades 9 vorzusehen, tritt nahe den Wurzeln der Zahnflächen 9b¹ an dem Ende des Sektorrades 9 mit dem kleineren Durchmesser, wie bei 10 in Fig. 3C gezeigt, eine Hinterschneidung an den seitlichen Zähnen 9b auf, die unausweichlich die mechanische Festigkeit der seitlichen Zähne 9b weiter herabsetzt.

Ein Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung von einem Lenkgetriebe mit variabler Übersetzung, das frei von den bei bekannten Lenkgetrieben der beschriebenen Bauart vorhandenen Nachteile ist.

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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung von einem Lenkgetriebe der in Rede stehenden Art mit einem verbesserten Sektorrad, das spezielle Zahnprofile aufweist, die ohne Heraufsetzung der Abmessung des Sektorrades eine Erhöhung der mechanischen Zahnfestigkeit des Sektorrades ermöglichen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung von einem Lenkgetriebe mit variabler übersetzung mit einem verbesserten Sektorrad, das spezielle Zahnprofile aufweist, die ohne Beeinträchtigung der mechanischen Festigkeit des Sektorrades eine glatte und durchgehende Eingriffnahme zwischen den Zähnen von Sektorrad und einer Zahnstange ermöglichen.

Schliesslich ist es ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Fräsen eines Sektorrades für ein Lenkgetriebe mit variabler Übersetzung zu schaffen, das hinsichtlich der mechanischen Festigkeit als auch der glatten und kontinuierlichen Eingriffnahme seiner Zähne mit einer Zahnstange überragende Eigenschaften hat.

Zusammengefasst wird durch die Erfindung ein Sektorrad geschaffen, das einen effektiven gezahnten -. Winkelbogen aufweist, der etwas grosser als der Radbewegungsbogen ist, der der Bewegung des Lenkrades von einem Sperrende zum anderen entspricht, so dass die seitlichen Zähne des Sektorrades unvollständig ausgebildet sind und Zahnflächen aufweisen, die im wesentlichen die gleichen geradlinigen Zahnprofile wie diejenigen zeigen, die durch die entsprechenden Zahnflächenbereiche einer Zahnstange gebildet werden. Auf diese Weise sind die Scheitelpunkte der Zahnflächen an dem Ende des Sektorrades mit grösserem Durchmesser optimal dick und werden an dem Ende des Sektorrades mit geringerem Durchmesser Hinterschneidungen an den seitlichen Zähnen verhindert, selbst wenn die seitlichen Zähne so ausgebildet

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werden, dass sie den erwünschten geringen Druckwinkel besitzen, um eine glatte und kontinuierliche Eingriffnahme zwischen den Zähnen von Sektorrad und Zahnstange zu erhalten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine längsgeschnittene Ansicht von einem bekannten Lenkgetriebe mit variabler Übersetzung und einer Bauart, auf die sich die Erfindung bezieht,

Fig. 2 eine Seitenansicht von der Schwenkwelle und dem Sektorrad bei dem Lenkgetriebe nach Fig. 1,

Fig. 3A-3C fragmentarische Ansichten der Zahnprofile des Sektorrades längs der Schnittlinien A-A, B-B und C-C in Fig. 2,

Fig. 4 eine längsgeschnxttene Ansicht von einem Lenkgetriebe mit variabler Übersetzung und einem verbesserten Sektorrad nach der Erfindung, und

Fig. 5A-5C fragmentarische Ansichten der Zahnprofile des Sektorrades in Fig. 4 bei Betrachtung längs Schnittlinien entsprechender Lage wie die Schnittlinien A-A, B-B und C-C in Fig. 2.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand von Fig. 4 und 5A bis 5C erläutert, wobei gleiche Teile wie bei dem bekannten, in Fig. 1 gezeigten Lenkgetriebe mit variabler Übersetzung gleiche Bezugszeichen tragen und nicht erneut im Detail erläutert werden.

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■ΊΟ, L I. O Γ. — 9 —

Nach der Erfindung wurde festgestellt, dass die vorgenannten, bei dem bekannten Lenkgetriebe der beschriebenen Bauart vorhandenen Nachteile aus dem Umstand resultieren, dass jeder Zahn des Sektorrades vollständig unter Vorsehen gekrümmter Zahnprofile mit gekrümmten Seiten an sämtlichen Zahnflächen dadurch erzeugt wird, dass das Sektorrad mit einem effektiven gezahnten Wihkelbogen " versehen wird, der beträchtlich grosser als der im praktischen Einsatz auftretende Bewegungsbogen des Sektorrades unbeschadet des ümstandes ist, dass der effektive gezahnte gros'se Winkelbogen für das Sektorrad im Hinblick auf dessen Funktion nicht notwendigist. Mit anderen Worten, die in Rede stehenden Nachteile resultieren aus der Tatsache, dass ι beträchtlich grosse . Zahnflächenbereiche des Zahnrades, die praktisch für die Eingriff nähme mit den Zähnen der Zahnstange nicht verwendet werden, zur Schaffung von gekrümmten Zahnprofilen erzeugt werden, die in Eingriff mit den Zähnen der Zahnstange treten.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis der oben genannten Fakten bei dem bekannten Lenkgetriebe mit variabler Übersetzung der beschriebenen Bauart.

Nach Fig. 4 und 5A bis 5C weist das erfindungsgemässe Lenkgetriebe mit variabler übersetzung eine Sektorrad 20 auf, das nur aus Darstellungsgründen einen mittleren Zahn 20a und an jeder Seite des mittleren Zahns 20a einen seitlichen Zahn 20b aufweisend gezeigt ist.

Die Zähne des Sektorrades 20 werden mittels eines zahnstangenförmigen Fräswerkzeugs mit den gleichen Zahnprofilen wie die an der Zahnstange 7 dergestalt erzeugt, dass der effektive gezahnte Bogen des Sektorrades 20 einen Winkel einnimmt, der etwas

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grosser als der Bewegungsbogen des Sektorrades 20 entsprechend der Bewegung des Lenkrades von einem Sperrende zum anderen ist. Mit anderen Worten, das Sektorrad 20 wird von einem Sektorrad-Rohling unter Verwendung eines zahnstangenformigen Fräswerkzeugs mit den gleichen Zahnprofilen wie an der Zahnstange 7 geschaffen, wobei der Drehbogen oder die Gesamtverschiebung des Sektorrad-Rohlings während des Schneidvorgangs auf einen Winkel festgelegt wird, der etwas grosser als die im praktischen Einsatz auftretende Bogenbewegung des Sektorrades ist. Wenn z.B. die Bogenbewegung des Sektorrades 20 90° beträgt, werden die Zähne des Sektorrades 20 dergestalt ausgebildet, dass sie einen effektiven gezahnten Bogen von einem Winkel einnehmen, der im Bereich von etwa 92° bis etwa 96° liegt. Das heisst, der mittlere Zahn 20a wird vollständig mit einem genauen Zahnprofil geschaffen, während die seitlichen Zähne 20b, 20b unvollständig mit nicht perfekten Zahnprofilen ausgebildet werden, indem der Bearbeitungsvorgang für die seitlichen Zähne 20b, 20b auf halbem Wege unterbrochen oder beendet wird, sobald der effektive gezahnte Bogen des Sektorrades 20 einen winkel, der etwas grosser als der Bewegungsbogen des Sektorrades 20 ist, einnimmt.

Hierbei befindet sich der effektive gezahnte Bogen des Sektorrades 20 symmetrisch zur Halbierungslinie der Bogenbewegung des Sektorrades 20 und liegen die Zahnprofile der seitlichen Zähne 20b symmetrisch zur Halbierungslinie des Sektorrades 20.

Das in der vorgenannten erfindungsgemassen Weise gefertigte 'Sektorrad 20 hat die in Fig. 5A bis 5C gezeigten Zahnprofile. In Fig. 5A bis 5C zeigen die beiden strichpunktierten Linien die Zahnprofile des Sektorrades nach Fig. 3A bis 3C, um den Vergleich zwischen den speziellen Zahnprofilen des Sektorrades 20 und den bisherigen Zahnprofilen des Sektorrades gemäss Fig- 3A

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bis 3C zu erleichtern. Hierbei betreffen die Fig. 5A bis 5C die Zahnprofile des Sektorrades 20 in Schnittebenen entsprechend den Schnittebenen der Zahnprofile in Fig. 3A bis 3C, d.h. Fig. 5A bis 5C zeigen die Zahnprofile des Sektorrades 2O, wie sie im wesentlichen an dem Ende mit grossem Durchmesser, in der Mitte zwischen den beiden Enden und am Ende mit dem kleineren Durchmesser vorliegen.

Wie aus Fig. 5A bis 5C hervorgeht, ist jeder seitliche Zahn 20b, 20b des Sektorrades 20 nahe dem oberen Ende mit einem Zahnflächenbereich versehen, der das gleiche Zahnprofil aufweist wie der entsprechende Zahnflächenbereich an der.Zahnstange 7. Wenn daher das Sektorrad 20 mittels eines zahnstangenformigen Fräswerkzeuges erzeugt wird, das geradlinige Zahnprofile mit geradlinigen Kanten entsprechend den geradlinigen Zahnprofilen der in der Zeichnung gezeigten Zahnstange 7 hat, werden die Zahnflächen 20b" der seitlichen Zähne 20b mit einem Abschnitt versehen, der das gleiche geradlinige Zahnprofil zeigt, wie es an den entsprechenden Abschnitten der Zahnflächen der Zahnstange 7 vorliegt. Hierbei handelt es sich um die geraden Linien a-b, c-d und e-f i_n Fig. 5A bis 5C. Da die Ausbildung der seitlichen Zähne 20b auf halbem Wege gestopt oder beendet wird, verbleiben"die durch die beiden strichpunktierten Linien und die geraden Linien a-b, c-d und e-f definierten Bereiche der seitlichen Zähne 20b, 20b ohne Schnitt und werden die Zahnprofile äl-b, c-d und e-f entsprechend den Zahnprofilen an dem zahnstangenformigen Fräswerkzeug geformt. Diese geradlinigen, durch die Linen a-b', c-d und e-f wiedergegebenen Zahnprofile des Sektorrades 20 unterscheiden sich von den bekannten vollständig erzeugten Zahnprofilen, wie sie durch die beiden strichpunktierten Linien dargestellt sind, wobei sich besagte Linien von den übrigen konvexen Zahnprofilen aus daran bündig anschliessend erstrecken.

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Aus der bisherigen Beschreibung folgt _r dass die Zähne des Sektorrades 20 für das erfindungsgemässe Lenkgetriebe mit variabler Übersetzung hinsichtlich der mechanischen Festigkeit überlegen sind, da die oberen Enden der Zähne des Sektorrades 20, insbesondere die oberen Enden der seitlichen Zähne 20b und 20b, ausreichend dick an dem Ende mit dem grösseren Durchmesser sind, um sicher ein Abbrechen zu verhindern, wobei dies ohne Erhöhung der Sektorradgrösse erzielt wird.

Ferner versteht es sich, dass die Zähne des Sektorrades 20 optimal ausgebildet sind, um die glatte und kontinuierlich Eingriffnahme zwischen ihnen und der Zahnstange 7 ohne Herabsetzung der mechanischen Festigkeit der seitlichen Zähne 20b zu erhalten, da selbst bei einem Druekwinkel unter 10 an den Zahnflächen 20b¹ der seitlichen Zähne 20b, der ein geeignet grosses Berührungsverhältnis während der gesamten Eingriffnahme der Zähne von Sektorrad 20 und Zahnstange 7 bewirkt, Hinterschneidungen an den Wurzeln der seitlichen Zähne 20b nicht hervorgerufen werden. In Fig. 5C sind die Zahnprofile des Sektorrades 20 am Ende mit dem kleineren Durchmesser nicht mit Hinterschneidungen 10 versehen, da die Erzeugung der seitlichen Zähne 20b auf halbem Wege beendet wird. Wenn jedoch die Zahnerzeugung über diesen Punkt hinaus erfolgt, greifen die entsprechenden Schneidkanten des zahnstangenförmigen Fräswerkzeuges in die seitlichen Zähne 20b ein, wenn sich dieses auf die Scheitelpunkte der seitlichen Zähne 20b bewegt, nachdem es den Bodensteg erreicht hat, was an den Wurzeln der Zahnflächen 20b^r zu Hinterschneidungen 10 führt. Bei dem bekannten Lenkgetriebe mit variabler Übersetzung treten Hinterschneidungen 10 an den seitlichen Zähnen 9b nahe der Wurzel der seitlichen Zahnflächen 9b· an dem Ende des Sektorrades 9 mit dem kleineren Durchmesser auf, wenn ein Druekwinkel den Zahnflächen 9b¹ der seitlichen Zähne 9b verliehen wird, der gleich oder kleiner als 10° ist. Dies ist unausweichlich mit einem Verlust an mechanischer Festigkeit bei den seitlichen Zähnen 9b verbunden.

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Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER CIPL-ING. H. KINKELDEY w. stockmair oR-wa-A^icAaEO« K. SCHUMANN DRRERNAn-OlPU-PHyS P. H. JAKOB G. BEZOLD DR. REFtNAT.- OPU-CHiM. 8 MÜNCHEN MAXIMILIANSTRASSE 11. Okt. 1978 P 13 212 Nissan Motor Company, Limited Ko. 2, Takara-cho, Kanagavia-ku, Yokohama City, Japan Lenkgetriebe mit variabler übersetzung PATENTANSPRÜCHE

1.J Lenkgetriebe mit variabler Übersetzung, g e k e η η ^-^ zeichnet durch eine Lenkwelle (1) mit einem Schneckenabschnitt (2); eine axial beweglich auf dem Schneckenabschnitt angeordnete Kugelmutter (4) mit einer an einer Seite ausgebildeten Zahnstange (7); eine quer zur Lenkwelle und zum Schneckenabschnxtt angeordnete Schwenkwelle (8); und ein auf der Schwenkwelle befestigtes Sektorrad (20) mit sich verjüngenden Zähnen (20a, 2Ob), die mit den Zähnen der Zahnstange kämmen, wobei die Zähne des Sektorrades dergestalt ausgebildet sind, dass sie Zahnflächen (2Ob") mit Bereichen ' (a-b, c-d, e-f) aufweisen, die im wesentlichen die

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gleichen Zahnprofile besitzen wie diejenigen, die durch die entsprechenden Bereiche der Zahnprofile der Zahnstange dargestellt sind.

2. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnflächen (2Ob") der Zahnstange flach sind, um geradlinige Zahnprofile mit geradlinigen Seiten vorzusehen, und dass das Sektorrad einen mittleren Zahn (20a) mit einem vollständig ausgebildeten Zahnprofil und einen seitlichen Zahn (20b) an jeder Seite des mittleren Zahnes aufweist, dessen Zahnprofil unvollständig ausgebildet ist und das eine Zahnfläche (2Ob") mit einem Bereich (a-b, c-d, e-f) aufweist, der das gleiche geradlinige Zahnprofil wie das des entsprechenden Bereichs der Zahnfläche der Zahnstange hat.

3. Verfahren zum Herstellen von einem Sektorrad für ein Lenkgetriebe mit variabler Übersetzung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das Sektorrad aus einem Rohling mittels eines zahnstangenförmigen Schneidwerkzeuges mit den gleichen Zahnprofilen wie die Zahnstange gebildet wird, wobei man den Drehbogen des Rohlings während des Zahnradschneidvorganges auf einen Winkel festlegt, der etwas grosser als der Winkel des von dem Sektorrad beim praktischen Einsatz eingenommenen Bewegungsbogens ist.

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