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Lenkgetriebe
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenkgetriebe, wie es im Oberbegriff
des Hauptanspruchs beschrieben ist.
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Lenkgetriebe dienen der Umsetzung der Drehbewegung des Lenkrades in
eine 10 bis 20 mal langsamere Drehbewegung der Lenkstockhebelwelle. An der Lenkstockhebelwelle
sitzt der Lenkstockhebel, der gelenkig mit dem Lenkgestänge verbunden ist. Die übertragung
der Drehbewegung von der mit dem Lenkrad verbundenen Lenkspindel auf die Lenkstockhebelwelle
kann im Lenkgetriebe auf verschiedene Weise geschehen. Bekannt sind hierfür Zahnrad/Winkeltriebe,
Schneckentriebe oder solche Lenkgetriebe, bei denen auf der Lenkspindel eine Lenkmutter
vorgesehen ist. Die Lenkmutter kann eine Verzahnung aufweisen, die mit einem Zahnsegment
auf der Lenkstockhebelwelle kämmt. Sie kann auch mit einer Schubstange zur Lenkstockwelle
verbunden sein.
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All diesen Ausführungsarten ist gemeinsam, daß die Lenkspindel und
die Lenkstockhebelwelle senkrecht oder nahezu senkrecht zueinenander angeordnet
sind. Daraus ergibt sich einmal eine sperrige Bauweise des Lenkgetriebes. Außerdem
müssen sie aufwendig konstruiert sein, um spielfreie Kraftübertragung zu ermöglichen.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Lenkgetriebe liegt darin, daß sie nicht so in
einem Kraftfahrzeug angeordnet werden können, wie es die
Len eometrie
erfordert. Normalerweise sollte, in Seitenansicht des Fahrzeugs gesehen, die Achse
der Lenkstockhebelwelle in etwa parallel zur Lenkachse der Fahrzeugräder geneigt
sein; bei einer Lenkgeometrie mit einem Nachlaufwinkel demnach nach hinten/oben.
Dadurch stimmen die Bewegungsbahnen des inneren und äußeren Spurstangengelenks über
den vollen Lenkeinschlag gut überein. Bei den bekannten Lenkgetrieben ist eine solche
Anordnung nicht möglich, denn sonst würde die senkrecht zur Lenkstockhebelwelle
liegende Lenkspindel nach hinten/abwärts führen In der Regel werden sie daher so
eingebaut, daß die Achse der Lenkstockhebelwelle, ungünstig für die Lenkgeometrie,
nach vorne/oben zeigt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein platzsparendes Lenkgetriebe zu schaffen,
das einfach aufgebaut ist und eine für die Lenkgeometrie günstige Einbaulage im
Kraftfahrzeug gestattet.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Hauptanspruchs
gelöst.
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Durch die koaxiale Ausrichtung der Lenkspindel und der Lenkstockhebelwelle
kann das Lenkgetriebe so in das Kraftfahrzeug eingebaut werden, daß die Achse der
Lenkstockhebelwelle, in Seitenansicht des Kraftfahrzeugs gesehen, parallel zur Lenkachse
der Fahrzeugräder liegt. Die Lenkspindel weist dann, wie die Lenkstockhebelwelle,
nach hinten/oben. Sie zeigt damit in eine für den Anschluß des Lenkrads günstige
Richtung.
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Grundsätzlich kann das Lenkgetriebe mit einem Planetentrieb ausgeführt
werden. Besonders einfach läßt es sich aber aufbauen, wenn die Lenkspindel über
ein Gewinde mit der Lenkstockhebelwelle verbunden und diese wiederum über ein weiteres
Gewinde im Lenkgehäuse drehbar gelagert ist.
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Das Lenkgetriebe besteht dann im wesentlichen nur aus den drei Teilen:
Lenkgehäuse, Lenkspindel und Lenkstockhebel-
welle. Die Lenkspindel
ist hier ebenfalls im Lenkgehäuse drehbar gelagert, jedoch axial fixiert. Bei einer
Drehung der Lenkspindel wird die Lenkstockhebelwelle gezwungen, die Drehbewegung
mitzumachen. Um gleichen Drehsinn zu erhalten, ist es notwendig, die Gewinde gegenläufig
auszulegen.
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Vorteilhaft ist es, das Gewinde zwischen Lenkstockhebelwelle und Lenkgehäuse
als Linksgewinde vorzusehen. Jedoch müssen die Gewinde gleichsinnig drehen, wenn
im Fahrzeug ein antimetrisch laufendes Lenkgestänge vorgesehen ist. Das Übersetzungsverhältnis,
in dem die Winkelgeschwindigkeiten der beiden Drehbewegungen stehen, ergibt sich
aus den Steigungen der Gewinde. Wenn s1 die Steigung des Gewindes zwischen Lenkspindel
und Lenkstockhebelwelle bezeichnet und die Steigung des Gewindes zwischen Lenkstockhebelwelle
und Lenkgehäuse bezeichnet, so ergibt sich die Lenkgetriebeübersetzung zu
Bei dieser Formel ist die Steigung eines Rechtsgewindes positiv und die eines Linksgewindes
negativ einzusetzen.
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Außerdem ist die Steigung als Längenmaß und nicht als Winkel einzusetzen.
Die Übersetzung ist positiv bei gleichem Drehsinn der Lenkspindel und der Lenkstockhebelwelle.
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Die Steigung des Gewindes zwischen der Lenkstockhebelwelle und des
Lenkgehäuses wird zweckmäßigerweise auf 450 ausgelegt. Dadurch ergibt sich ein optimaler
Wirkungsgrad, d.h. sowohl die Leichtgängigkeit der Lenkung als auch deren selbsttätige
Rückstellung sind gewährleistet. Um diese große Steigung zu bekommen und andererseits
die Länge der Lenkstockhebelwelle klein zu halten, ist es zweckmäßig, das Gewinde
mehrgängig auszulegen.
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Zur Verminderung der Reibung sind die Gewindegänge der einzelnen Gewinde
zwischen Lenkspindel, Lenkstockhebelwelle und Lenkgehäuse als Kugelbahnen ausgeführt
und mit entsprechenden Kugeln bestückt. Dadurch ergibt sich als weiterer Vorteil
eine spielfreie Lagerung der Lenkstock-
hebelwelle im Lenkgehäuse
und ihre ebenso spielfreie Antriebsverbindung mit der Lenkspindel. Die Kugeln können
einen geschlossenen Kugelumlauf bilden. Da er aber aufwendig ist, ist es zweckmäßig,
ihn nur für das Gewinde zwischen Lenkstockhebelwelle und Lenkspindel vorzusehen.
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Bei dem Gewinde zwischen Lenkstockhebelwelle und Lenkgehäuse können
die Kugeln in einem Käfig gehalten sein. Um ein allmähliches axiales Verschieben
der Kugelmittelstellung auszuschalten, ist es weiter vorteilhaft, den Käfig mit
Endanschlägen auszuführen.
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Durch den Aufbau des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes führt die Lenkstockhebelwelle
bei einem Lenkungsvorgang eine schraubende Bewegung aus. Diese Bewegung kann in
vorteilhafter Weise ausgenutzt werden, um am inneren Spurstangengelenk die, in Fahrzeuglängsrichtung
gesehen, schräge Bewegung des äußeren Spurstangengelenks nachzuahmen. Die schräge
Bewegung hängt ab vom Spreizungwinkel der Lenkgeometrie. Für diese Kompensation
des Spreizungswinkels ist es außerdem zweckmäßig, den Schlepphebel für die Spurstangenlagerung
so am Fahrzeugaufbau anzuordnen, daß seine Drehachse, ebenfalls in Fahrzeuglängsrichtung
gesehen, annähernd parallel zur Lenkachse des ihm zugeordneten Fahrzeugrades verläuft.
Außerdem erlaubt die schraubende Bewegung des Lenkstockhebels eine schräge Anordnung
des Lenkgetriebes nahe dem Motor. Daraus ergeben sich vorteilhaft längere Spurstangen
und Achslenker.
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Ferner ist es zweckmäßig, das Lenkgetriebe so auszulegen und im Kraftfahrzeug
anzuordnen, daß der Gelenkkopf des Lenkstockhebels für die Spurstangen etwa in Höhe
der Lagerung der Lenkstockhebelwelle im Lenkgehäuse zum Liegen kommt. Dadurch werden
Kippmomente auf diese Lagerung weitgehend vermieden.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich ;plus
der nlchfolgerl(3en Besehrciburlg eines Ausführungsbeispiels und der dazugehörigen
Zeichnung. In der Zeich-
nung sind dargestellt in - Fig. 1 ein erfindungsgemäßes
Lenkgetriebe, - Fig. 2 die Anordnung des Lenkgetriebes in einem Kraftfahrzeug, in
Fahrzeuglängsrichtung gesehen, und - Fig. 3 die Anordnung des Lenkgetriebes in der
Seitenansicht des Fahrzeugs.
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In Fig. 1 ist das Lenkgetriebe insgesamt mit 1 bezeichnet.
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Es besteht aus einem zweiteiligen Lenkgehäuse 2, einer Lenkspindel
3 und einer Lenkstockhebelwelle 4. Die Lenkspindel 3 und die Lenkstockhebelwelle
4 sind innerhalb des Lenkgehäuses koaxial ausgerichtet und haben somit eine gemeinsame
Achse 1a. Sie stehen relativ zueinander verdrehbar in Antriebsverbindung miteinander.
Zu diesem Zweck ist das eine Ende der Lenkstockhebelwelle 4 zu einer Glocke ausgebildet,
in die die Lenkspindel 3 teilweise eintaucht. Ein Kugelumlaufgewinde 5 zwischen
dem eintauchenden Abschnitt der Lenkspindel 3 und dem Glockenrand stellt die Antriebsverbindung
zur Lenkstockhebelwelle her.
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Über ein doppelreihiges Schrägkugellager 6 ist die Lenkspindel 3 drehbar
und axial fixiert im Lenkgehäuse 2 gelagert. Mit ihrem einen Ende, das der Lenkstockhebelwelle|abgewandt
ist, tritt die Lenkspindel 3 aus dem Lenkgehäuse 2 heraus. Sie ist dort über weitere
Glieder 7 mit einem Lenkrad verbunden (Fig. 3).
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Ein Linksgewinde 8 lagert die Lenkstockhebelwelle 4 im Lenkgehäuse
2. Das Gewinde 8 ist als viergängiges Gewinde ausgelegt, d.h. es weist vier um je
900 versetzt laufende Gewindegänge auf. Seine Steigung liegt bei 450. Die Gewindegänge
des Lenkgehäuses 2 und die der Lenkstockhebelwelle 4 greifen nicht unmittelbar ineinander
ein, sondern sind über Kugeln 9 miteinander verbunden. Zu diesem Zweck sind die
Gewindegänge als Kugellaufbahnen ausgeformt. Die
Kugeln 9 sind
in einem Käfig 10 gehalten, der Endanschläge 11, 12 aufweist. Die Endanschläge 11,
12 arbeiten mit Schultern 13 des Lenkgehäuses 2 bzw. 14 der Lenkstockhebelwelle
4 zusammen.
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Mit ihrem der Lenkspindel 3 abgewandten Ende tritt die Lenkstoc-khebelwelle
4 aus dem Lenkgehäuse 2 heraus und trägt dort einen Lenkstockhebel 15. Ein Faltenbalg
16, der zwischen dem Lenkgehäuse 2 und dem austretenden Ende der Lenkstockhebelwelle
4 angeordnet ist, dichtet das Lenkgetriebe 1 nach außen ab. Der Lenkstockhebel 15
weist an seinem anderen Ende einen Gelenkkopf 17 auf, der Teil eines gleichbenannten
inneren Spurstangengelenkes istlfür den Anschluß von Spurstangen 18, 19 (Fig. 2).
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Wird die Lenkspindel 3 über das Lenkrad gedreht, verschiebt sie die
Lenkstockhebelwelle 4 in axialer Richtung.
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Durch die Lagerung im Lenkgehäuse 2 dreht sic die Lenkstockhebelwelle
4 gleichzeitig im Drehsinn der Lenkspindel 3, jedoch dem übersetzungsverhältnis
entsprechend langsamer. Die Lenkstockhebelwelle 4 und der mit ihr über den Lenkstockhebel
15 starr verbundene Gelenkkopf 17 führt somit eine schraubende Bewegung aus, wie
dies auch die Pfeile in Fig. 1 zeigen.
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In Fig. 2 ist dargestellt, wie diese Schraubenbewegung ausgenützt
wird, um die schräge Bewegung des äußeren Spurstangengelenks nachzuahmen. In dieser
Figur sind in Fahrzeuglängsrichtung gesehen die in diesem Zusammenhang wesentlichen
Teile eines Fahrzeugs erkennbar, nämlich ein Motor 20, ein linkes Fahrzeugrad 21,
das um eine Längsachse 22 schwenkt, und Querlenker 23, mit denen das Fahrzeugrad
21 am nicht dargestellten Fahrzeugaufbau angelenkt ist. Außerdem ist mit 24 das
äußere Spurstangengelenk bezeichnet. Bei einer Lenkbewegung schwenkt das Fahrzeugrad
21 um die Lenkachse 22 und das Spurstangengelenk 24 vollzieht, bedingt durch die
Spreizung eine schräge Bewegung von links/oben nach rechts/unten (Pfeilrichtung).
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Unter Spreizung ist die Neigung der Lenkachse 22 zur Radmitte 25 zu
verstehen. Das Lenkgetriebe 1 ist nun so im Fahrzeug angeordnet, daß die schraubende
Bewegung des Gelenkkopfs 17 der schrägen Bewegung des äußeren Spurstangengelenks
24 entspricht (Pfeilrichtung).Das Lenkgetriebe 1 ist schräg zum Motor 20 geneigt.
Dadurch wird einmal die Bewegungsbahn des Gelenkkopfes 17 flacher und entspricht
besser der Bewegungsbahn des Spurstangengelenks 24. Zum anderen läßt sich durch
diese schräge Anordnung das Lenkgetriebe 1 näher zum Motor 20 hin einbauen, mit
dem Vorteil einer langen Spurstange 19 und langen Querlenkern 23.
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In Fig. 2 ist im wesentlichen die linke Fahrzeughälfte dargestellt.
Das Lenkgetriebe 1 ist dem linken Fahrzeugrad zugeordnet. Dem rechten Fahrzeugrad,
das hier nicht dargestellt ist, ist im Lenkgestänge ein Schlepphebel 26 zugeordnet.
Da die Verhältnisse auf der rechten Fahrzeughälfte symmetrisch zu denen auf der
linken Fahrzeughälfte sind, beschreibt das rechte äußere Spurstangengelenk bei einem
Lenkeinschlag eine Bewegungsbahn, die spiegelbildlich zu der des linken äußeren
Spurstangengelenkes 24 liegt, also von links/unten nach rechts/oben. Diese Bewegungsbahn
wird durch das innere Spurstangengelenk 27, das mit dem Schlepphebel 26 verbunden
ist, nachgeahmt. Zu diesem Zweck ist die Achse 28 um die der Schlepphebel 26 gegenüber
dem Fahrzeugaufbau oder dgl. schwenkbar ist, annähernd parallel zur Lenkachse des
rechten (nicht gezeichneten) Fahrzeugrades.
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In Fig. 3 ist die Fahrzeuglenkung in Seitenansicht des Fahrzeugs gezeigt.
Hier ist erkennbar, daß die Achse 1a der Lenkstockhebelwelle etwa parallel zur Lenkachse
22 liegt. Dadurch erhält man annähernd gleiche Bewegungsbahnen des Gelenkkopfs 17
und des äußeren Spurstangengelenkes 24.
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Insgesamt ist das Lenkgetriebe 1 so ausgelegt und im Kraftfahrzeug
angeordnet, daß der Gelenkkopf 17 des Lenk-
stoekhebels 15 etwa
in Höhe der Lagerung der Lenkstockhebelwelle 4 im Lenkgehäuse 2 liegt.