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Lenkgetriebe mit tonnenförmiger Schnecke, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenkgetriebe mit tonnenförmiger Schnecke, insbesondere
für Kraftfahrzeuge. Ein Lenkgetriebe hat die Aufgabe, die Drehbewegung des Lenkrades
in eine entsprechend untersetzte Drehbewegung der gelenkten Fahrzeugräder umzuwandeln.
Es bewirkt also wie jedes andere Getriebe eine Drehzahl- und Drehmomentwandlung.
Während eines Großteils der Lebensdauer des Fahrzeuges befinden sich die gelenkten
Räder in Geradeausstellung und .damit auch das Lenkgetriebe in Mittelstellung. Diese
Stellung wird durch die durch Fahrbahnunebenheiten hervorgerufene andauernde stoßweise
Belastung besonders stark beansprucht. Das Lenkgetriebe muß also außer den sonstigen
Anforderungen, wie beispielsweise Leichtgängigkeit, in dieser Stellung eine besonders
hohe Dauer- bzw. Verschleißfestigkeit haben, zu welchem Zweck insbesondere eine
möglichst geringe Flächenpressung angestrebt wird.
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Zur Verminderung der Flächenpressung sind schon Fingerlenkgetriebe
mit zylindrischer Schnecke vorgeschlagen worden, bei denen der Eingriff des die
Lenkkräfte übertragenden Hebelarmes bei jedem Lenkausschlag stets außerhalb der
Achsen von Schnecke und abtreibender Welle erfolgt. Der die Lenkkräfte übertragende
Hebel wird auf diese Weise verlängert und somit die Flächenpressung bei Angreifen
von gleich großen Kräften vermindert.
Die Lenkfinger stützen sich
bei dieser Ausführungsform auf einem Führungsglied ab, welches in Langlöchern eines
mit der abtreibenden Welle verbundenen Kraftübertragungshebels gleitet, um die lineare
Bewegung des in den Schneckengang eingreifenden Fingers in eine Drehbewegung des
Kraftübertragungshebels umzuwandeln. An dieser Ausführung ist jedoch nachteilig,
daß das Führungsglied in Langlöchern, also einer nicht nachstellbaren Führung angeordnet
ist. Außerdem ist bei Verwendung von Lenkfingern die Berührungsfläche zwischen :diesen
und der Schnecke so klein, daß trotzdem noch nachteilig große Flächenpressungen
ausgeübt werden. Zur Vermeidung einer nicht nachstellbaren Führung sind schon Fingerlenkgetriebe
mit tonnenförmiger Schnecke in Vorschlag gebracht worden, bei denen infolge der
tonnenförmigen Ausbildung der Schnecke die Schneckenbewegung ohne Übersetzung direkt
in eine Drehbewegung des Übertragungsgliedes und damit der abtreibenden Welle umgewandelt
wird.
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Ferner sind noch Lenkgetriebe, sogenannte Spindellenkgetriebe, vorgeschlagen
worden, bei denen eine zylinderförmige Schnecke von einer Mutter umgeben ist, die
sich bei Drehung der Schnecke axial verschiebt. Die Verschiebung wird dabei über
:eine Kugel auf den mit der abtreibenden Welle verbundenen Übertragungshebel gegeben.
Zwecks Umwandlung der geradlinigen Bewegung der Mutter in eine Drehbewegung der
abtreibenden Welle gleitet diese Kugel in Richtung auf die abtreibende Welle auf
dem mit der abtreibenden Welle verbundenen Übertragungshebel. Bei diesem Lenkgetriebe
wird zwar die Berührungsfläche zwischen Schnecke und Übertragungsglied (Mutter)
vergrößert, jedoch weist die Ausführungsform, abgesehen von dem konstruktiven Mehraufwand,
noch den Nachteil auf, daß durch die Anordnung des Lagers der Kugel auf dem Übertragungshebel
eine nicht nachstellbare Verschleißstelle geschaffen wird und außerdem es bei dieser
Ausführungsform nicht möglich ist, das Übertragungsglied stets außerhalb der Achsre
von Schnecke und albtreibender Welle angreifen zu lassen.
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Gemäß der Erfindung wird zur weiteren Verminderung der Flächenpressung
und zur Vermeidung der vorgenannten Nachteile ein Lenkgetriebe mit tonnenförmiger
Schnecke vorgeschlagen, bei dem der fest mit :der abtreibenden Welle verbundene
Kraftübertragungshebel als Lenkring ausgebildet ist, der über Wälzkörper mit Innenberührung
in den Schneckengang :eingreift, wobei der Eingriff in an sich bekannter Weise stets
außerhalb der Achse von Schnecke und abtreibender Welle erfolgt.
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Die erfindungsgemäße Ausführungsform ermöglicht eine weitere Verminderung
der schon durch die Verlängerung :des wirksamen Hebelarmes in Form des stets außerhalb
der Achsen von Schnecke und abtreibender Welle erfolgenden Eingriffs verminderten
Flächenpressung. Diese weitere Verringerung der Flächenpressung und damit des Verschleißes
wird durch die Verwendung des Lenkringes als Übertragungsglied erreicht, der in
Innen-Berührung mit :der Schnecke steht, wodurch ein größerer Winkelbereich der
Schnecke als bei den bekannten Ausführungsformen mit dem die Lenkkräfte übertragenden
Teil in Berührung gebracht wird. Ferner bietet diese Ausführungsform noch den Vorteil,
daß keine nicht nachstellbare, in dem Betrieb dem Verschleiß unterworfene Lagerstelle
vorhanden ist und eine gleichzeitige Nachstellung des Eingriffes zwischen Lenkring
und Schnecke sowie des Spieles des Wälzlagers in einfachster Weise durch eine axiale
Verschiebung der abtreibenden Welle erfolgen kann.
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Die tonnenförmige Ausbildung der Schnecke und die erfindungsmäßige
Gestaltung des mit der-Schnecke im Eingriff stehenden Teiles verlangt eine Verschränkung
des die Lenkkräfte übertragenden Hebels gegenüber der abtreibenden Welle. Da der
Durchmesser der tonnenförmigen Schnecke sich ändert, muß sich auch der Steigungswinkel
der Schnecke ändern, sofern ein exakter Eingriff erhalten bleiben soll. Dies würde
aber ein spezielles Gelenk für die Halterung des Lenkringes erforderlich machen.
Erfindungsgemäß wird deshalb vorgesehen, daß der Steigungswinkel des Schneckenganges,
also- die Steigung pro Umfangseinheit, gleich dem Schränkwinke1 zwischen abtreibender
Welle und dem in die Lenkschnecke eingreifenden Teil ist. Hierdurch wird außerdem
eine stetig ansteigende Übersetzung des Lenkgetriebes mit zunehmendem Lentkausschlag
bewirkt. Bei den bekannten Lenkungen hingegen ändert sich die Übersetzung nicht
stetig, sondern sprungweise.
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Weitere Einzelheiten sind aus der Beschreibung der in den Abbildungen
aufgezeigten Ausführungsbeispiele der Erfindung ersichtlich. Dabei zeigt Abb. I
eine Ansicht der Lenkschnecke mit dem Lenkring im Querschnitt, Abb. 2 einen Schnitt
B-B nach Abb. I, Abb. 3 die Ansicht der Lenkschnecke mit einem Lenkring anderer
Ausführungsform im Querschnitt, Abb. 4 einen Schnitt C-C nach Abb. 3, Abb. 5 einen
Schnitt durch die Lenkschnecke mit Lenkring abweichender Bauart.
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Zuerst sei Abb. I und 2 erläutert. Das die Lenkkräfte übertragende
Glied ist entsprechend der Erfindung als Lenkring ausgebildet. In den Schneckengang
8 der tonnenförmigen Schnecke g greift der Innenlenkring Io ein, der über Wälzkörper
II in einem auf der abtreibenden Welle 13 festsitzenden Außenlenkring 12 gelagert
ist. Mittels der Stellschraube 25 kann die abtreibende Welle 13 in äxialer Richtung
geringfügig verstellt werden. Die Nachstel1schraube 25 ermöglicht eine gleichzeitige
Nachstellung des Eingriffs zwischen Lenkring und Schnecke und des Spieles der Wälzlagerung
des Lenkringes.
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Abb. 3 und q. zeigen eine andere Ausführungsform des Lenkringes. Die
Aufgabe des Innenlenkringes übernehmen dabei die von einem Kugelkäfig 14 gehaltenen
Kugeln 15, die in den Schneckengang 16 der Lenlkschnecke 17 eingreifen und
in einer Kugelrinne,des Außenlenkringes 18 geführt und gelagert
sind.
Der Außenlenkring 18 ist mit der abtreibenden Welle I9, die ebenfalls axial verstellbar
sein kann, fest verbunden.
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Es ist zweckmäßig, den Abstand zwischen dem in den Schneckengang eingreifenden
Ringteil und der abtreibenden Welle so groß wie möglich zumachen, um einen möglichst
langen wirksamen Hebelarm zu erhalten. Die Achse der abtreibenden Welle liegt auf
dem Krümmungsmittelpunkt der tonnenförmig ausgebildeten Schnecke, da sich nur dann
eine kinematisch exakte Abwicklung ergibt.
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In Abb. 5 besteht der Kugelkäfig der Kugeln 22 aus einzelnen kettenartig
verbundenen Gliedern 2I. Dadurch wird es möglich, den Außenlenkring 2o derart zu
gestalten, daß er die Lenkschnecke 24 nicht wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen
kreisförmig, sondern etwa oval umgibt. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil,
daß die Baulänge in bezug auf die abtreibende Welle 23 gegenüber den in Abb. 2 und
4 dargestellten Ausführungsbeispielen verkürzt ist. Ferner muß die Kugelrinne des
mit der abtreibenden Welle 23 verbundenen Außenlenkringes 2o nur in einem Bereich
bearbeitet werden, der die in den Schneckengang eingreifenden Kugeln abstützt, also
in dem mit a bezeichneten Bereich. Die restliche Kugelrinne kann unbearbeitet bleiben.
Es kann dabei ebenfalls eine Stellschraube zur axialen Verstellung angeordnet sein.
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Das Wälzlager kann in jeder beliebigen Wälziagerart, also beispielsweise
als ein- oder mehr-, reihiges Kugel-, Rollen- oder Nadellager, vorzugsweise in Ausführung
als Schräglager, ausgebildet sein.