WO2006079492A1 - Progressives getriebe - Google Patents

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WO2006079492A1
WO2006079492A1 PCT/EP2006/000559 EP2006000559W WO2006079492A1 WO 2006079492 A1 WO2006079492 A1 WO 2006079492A1 EP 2006000559 W EP2006000559 W EP 2006000559W WO 2006079492 A1 WO2006079492 A1 WO 2006079492A1
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spur gear
transmission according
curve
rack
gear
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PCT/EP2006/000559
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French (fr)
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Werner M. Bless
Erwin Rott
Original Assignee
Bless Werner M
Erwin Rott
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Publication date
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Priority to AU2006208595A priority patent/AU2006208595B2/en
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D3/00—Steering gears
    • B62D3/02—Steering gears mechanical
    • B62D3/12—Steering gears mechanical of rack-and-pinion type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H19/00—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion
    • F16H19/02—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion
    • F16H19/04—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising a rack
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H35/00—Gearings or mechanisms with other special functional features
    • F16H35/02—Gearings or mechanisms with other special functional features for conveying rotary motion with cyclically varying velocity ratio
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H35/00—Gearings or mechanisms with other special functional features
    • F16H2035/003—Gearings comprising pulleys or toothed members of non-circular shape, e.g. elliptical gears
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T74/19—Gearing
    • Y10T74/19642—Directly cooperating gears
    • Y10T74/1967—Rack and pinion
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    • Y10T74/19—Gearing
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    • Y10T74/19679—Spur
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    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/19—Gearing
    • Y10T74/1987—Rotary bodies
    • Y10T74/19884—Irregular teeth and bodies

Definitions

  • the invention relates to a progressive transmission according to the preamble of patent claim 1.
  • Progressive transmissions are used, for example, for vehicle steering systems, in particular for motor vehicles.
  • a rotation of a steering wheel is transmitted via a steering shaft to a gear, which is in engagement with a rack.
  • the thus driven gear shifts the rack, which influences the wheel positions.
  • the gear ratio decreases from a largest value in a central area of the steering wheel position when turning the steering wheel. This means that in the straight-ahead position of the steering wheel, a relatively large movement of the steering wheel causes only a small change in direction of the lane.
  • DE-A-T 146769 discloses a steering gear for motor vehicles with a variable transmission ratio, the transmission comprising a gear and a rack.
  • the gear is out of round designed and stored eccentrically.
  • DE-A-39'13'809 proposes a small angle lever with a pair of elliptical gears. Werner BLESS
  • the erf ⁇ ndungshiele progressive transmission has at least one spur gear and a tooth structure or gear structure, in which engages the spur gear.
  • the spur gear has teeth which are arranged along a curve. The radius of curvature of the curve increases monotonically over an angular range of more than 90 °.
  • the teeth of the spur gears may be arranged along a curve whose radius of curvature increases monotonically over an angular range of more than 90 °, wherein the remaining peripheral portion of the spur gear is formed in a straight line.
  • the remaining or at least part of the remaining peripheral region may also correspond to a curve, wherein this curve may have a radius of curvature which is constant or may decrease.
  • the curve with the monotonously increasing radius of curvature is at least partially a spiral whose center preferably coincides with a rotational axis of the spur gear.
  • this spiral is logarithmic, i. it increases the distance to its center or pole with each revolution by the same factor.
  • the denture is at least one rack which is inclined.
  • the number of racks preferably corresponds to that of the spur gears.
  • the racks are rectilinearly inclined or curved inclined.
  • the associated area of the toothed rack is preferably rectilinearly inclined Werner BLESS
  • the associated toothed rack is rectilinear and horizontally extending, if the center of the circular cam portion lies in the axis of rotation of the spur gear.
  • the associated area of the toothed rod is correspondingly inclined and / or curved.
  • the steering shaft can thus be fastened directly to the pinion, so that a backlash-free transmission is obtained.
  • the tooth structure is a second spur gear, which also has teeth arranged along a curve whose radius of curvature increases monotonically over an angular range of more than 90 °.
  • the curve corresponds to a logarithmic spiral.
  • the first spur gear is connectable to a drive shaft, preferably the steering shaft.
  • the second spur gear is connectable to an output shaft, which preferably drives a conventional pinion / rack system.
  • the inventive progressive transmission has a uniform torque curve.
  • a symmetrical edge run can be achieved.
  • the erfmdungsgemässe progressive transmission is particularly suitable for vehicle steering systems of motor vehicles. It is suitable for both normal road vehicles and sports vehicles.
  • the curve over which the teeth lie has its minimum radius of curvature where the spur gear contacts the tooth structure when the steering gear is in the center position. This ensures that the transmission ratio changes relatively slowly with small deflections from the center position and it can be avoided that a rack, in which engages the spur gear, must have a pronounced Zykloidenform with steep edges.
  • the radius of curvature of the curve should increase monotonically over an angular range of at least 90 °, in particular at least 180 °. This allows a smooth, uniform change of the gear ratio over this angular range.
  • the distance between the axis of rotation of the spur gear and the contact point of the spur gear with the tooth structure is preferably minimal, so that in this area the steering gear reacts the slowest to rotations of the steering wheel.
  • Figure Ia is a schematic side view of a transmission according to the invention with gears and racks in a first embodiment;
  • FIG. 1b shows the toothed racks according to FIG. 1a from above;
  • Figure Ic is a graph of the progression of the transmission according to Figure Ia; Werner BLESS
  • Figure Id is a perspective view of a variant of the transmission according to
  • Figure 2a is a detail view of a gear and a first variant of a rack in the region of its highest elevation;
  • FIG. 2b shows the detail of the rack according to FIG. 2a from above;
  • Figure 3a is a schematic side view of an inventive transmission with gears and racks in a second embodiment
  • FIG. 3b shows the toothed racks according to FIG. 3a from above;
  • FIG. 3c shows a graph of the progression of the transmission according to FIG. 3a
  • Figure 4a is a schematic side view of an inventive transmission with gear and rack in a third embodiment;
  • Figure 4b the rack according to Figure 4a from above;
  • Figure 4c is a graph of the progression of the transmission according to Figure 4a;
  • Figure 5a is a schematic side view of an inventive transmission with gears and racks in a fourth embodiment
  • FIG. 5b shows the toothed racks according to FIG. 5a from above;
  • FIG. 5c is a graph of the progression of the transmission according to FIG. 5a;
  • Figure 6a is a schematic side view of an inventive transmission with gears and racks in a fifth embodiment
  • FIG. 6b shows the toothed racks according to FIG. 6a from above;
  • FIG. 6c is a graph of the progression of the transmission according to FIG. 6a;
  • Figure 7a is a detail view of a gear and a second variant of a
  • FIG. 7b shows the detail of the rack according to FIG. 7a from above;
  • Figure 8a is a detail view of a gear and a third variant of a
  • FIG. 8b shows the detail of the rack according to FIG. 8a from above;
  • FIG. 9a is a perspective view of a transmission according to the invention in a sixth embodiment
  • FIG. 9b is a schematic representation of the gears according to FIG. 7a from above.
  • FIGS. 1a and 1b show a first exemplary embodiment of the progressive transmission according to the invention, as used for example in a motor vehicle.
  • the transmission has at least two, preferably three spur gears 1, 2, which are rotatable about a common axis of rotation 12.
  • the spur gears 1, 2 are connected to a steering shaft, not shown here.
  • the steering shaft is brought by means of a steering wheel of the vehicle in the respectively desired rotational position.
  • Each of the spur gears 1, 2 is in engagement with a tooth structure in the form of a rack 3, 4, 5 and can be rolled along this rack 3, 4, 5. Either the axis of rotation 12 shifts along a preferably horizontally extending straight line or the racks 3, 4, 5 are displaced correspondingly in their longitudinal direction.
  • the only optional third rack 5 is shown lighter in the figure Ib as the first and second rack 3, 4th
  • FIG. 1a the two or three spur gears 1, 2 are shown in several rotational positions P1, P2, P3 and P4 along the toothed racks 4, 5, 6.
  • the spur gears 1, 2 have teeth 11 which are arranged along a curve 10 (see FIG. 2a).
  • This curve 10 has a radius of curvature r, which increases monotonically over an angular range of more than 90 ° of the curve and thus of the spur gear 1, 2.
  • the teeth are arranged over an angular range of more than 180 ° and less than 360 ° on the curve 10, with a remaining circumferential area of the spur gear 1, 2 toothless.
  • a circumferential area of approximately 270 ° with teeth 11 is provided Werner BLESS
  • the center of the curve 10 preferably remains fixed relative to the spur gear 1, 2 and also preferably coincides with the axis of rotation 12 of the spur gear 1, 2 together.
  • the curve 10 is a spiral, in particular a logarithmic spiral. Its center preferably coincides with the axis of rotation 12 of the spur gear 1, 2 together.
  • the two or three spur gears 1, 2 used in this embodiment have the same number of teeth and the same curve shape. Preferably, they are otherwise identical in design. However, the first and the second spur gear 1, 2 are arranged in different positions and mirror-symmetrically relative to each other. Preferably, their areas with the longest radii of curvature r in directions 180 ° opposite, but the areas with the shortest radii of curvature r in the same direction. This is best seen in Figure Ia in position Pl and P4.
  • the third spur gear is arranged offset parallel to the first gear 1 and has the same orientation as this. As a result, it is congruent with the first spur gear 1 in FIG. 1 a and therefore not visible.
  • flank shapes of the individual teeth of the spur gears 1, 2 and the racks 3, 4, 5 are optimized accordingly to allow a possible frictionless and quiet development of the individual gears 1, 2 on the racks 3, 4, 5.
  • this is well-known expertise and it is therefore not discussed here in detail.
  • the racks 3, 4, 5 are rectilinear, but inclined in this example. The inclination allows, inter alia, a passing of the spur gears on the racks at a constant height of the axes of rotation of the spur gears.
  • the racks are offset parallel to each other and at least partially arranged one behind the other.
  • the first and third rack 3, 5 are parallel to each other offset, wherein they are arranged side by side. Preferably, they are identical and have the same slope. Between them is the second tooth Werner BLESS
  • Bar 4 is arranged with its initial area overlaps with the end portion of the first and third rack 3, 5. It preferably has the same, but the first and third rack 3, 5 opposite slope. In a transition region U, the racks 3, 4, 5 each have their highest elevation.
  • the center position of the steering wheel and thus the gears 1, 2 preferably corresponds to the position P4, that is, when the gears 1, 2 are on the highest elevation of the racks 3, 4, 5.
  • the positions P3, P2, and P1 are traversed.
  • the gear wheels 1 contact the racks in contact lines or points, which are assigned to a monotonically increasing radius of curvature of the curve 10. That is, in position P4, the tooth of the gear, which engages in the rack, associated with the smallest radius of curvature, in position Pl the largest.
  • the middle second gear 2 rotates without engagement with a rack in the empty space. This turning without intervention is particularly well recognizable in Id.
  • the radius of curvature r of the curve is minimal where the gears 1, 2 and the racks 3, 4, 5 at the middle position of the steering wheel, i. in position P4, touch.
  • the minimum radius of curvature of the curve is preferably greater than the minimum distance between the curve or the teeth and the axis of rotation 12, so that the translation is smaller at a deflection of the steering wheel from the center position.
  • the first and third gear 1 run without engagement and the second gear 2 engages in its corresponding toothed rack 4. Again, they roll from the center position P4 from the smallest radius of curvature to the largest radius of curvature.
  • one gear in each case rotates in engagement with a rack and the other gear or the other gears rotate empty.
  • FIG. 1c The stroke achieved by the movement from position P4 to position P1 is shown in FIG. 1c. As can be seen, a monotonously increasing stroke can be achieved over an angular range of 270 °. This means that the steering wheel can be turned by 270 ° until the end point of the transmission is reached. As the steering wheel with Werner BLESS
  • FIGS. 3a to 3d show a second embodiment of the transmission according to the invention.
  • Two spur gears 1, 2 and two racks 3, 4 are used.
  • these two gears are shown in the middle position P4 and in one of its two outermost positions P1.
  • the teeth of the spur gears 1, 2 are now arranged over an angular range A of approximately 180 ° along a logarithmic spiral.
  • the curve has a still monotonously increasing radius of curvature, but the curve no longer corresponds to a logarithmic spiral.
  • the scope in the remaining angular range is in turn configured rectilinear.
  • the spur gears 1, 2 mounted on its axis of rotation 12 that in the basic position of the steering wheel, i. in the area of the highest elevation of the racks 3,4, first the area with the shape of the logarithmic spiral is rolled off.
  • the racks 3, 4 are first, i. starting from its highest elevation, formed rectilinearly inclined and then go over into an inclined, but curved curve K.
  • the teeth 11 of the spur gear 1 are arranged symmetrically with respect to positive and negative rotations of the gear 1 from its center position on the curve.
  • the teeth 11 can be grouped into two groups of teeth 14, 15. Each tooth group 14, 15 is assigned a curve 10, wherein the two curves 10 each extend over an angular range of 180 °. They are mirror-symmetrical to a plane in which the axis of rotation 12 is located, and have the same center, which preferably coincides with the axis of rotation 12. Their sense of circulation is however opposite. As a result, an "egg-shaped" gear is obtained in which the transition from a Werner BLESS
  • the embodiment according to FIGS. 5a to 5c in turn uses two end gears 1, 6 and three toothed racks 3, 7, 8 arranged at least partially one behind the other and partly parallel to one another.
  • the toothed wheels 1, 6 are shown in three positions P1, P2, P4 .
  • the first gear 1 is a gear according to the embodiment shown in Figure 4a and belonging to the first gear 1 rack 3 is rectilinear and inclined in two directions.
  • the second gear 6 the teeth are arranged on a circle or an ellipse.
  • This gear 6 rolls on two racks 7, 8 from.
  • the teeth of these racks 7, 8 are arranged along a horizontal and rectilinear line. Starting from the middle position P4, the jointly mounted gears can be turned to the right or left.
  • the end point in this arrangement again takes place after 270 ° for each direction of rotation, with the stroke being rectilinear in the steering angle range between 180 ° and 270 °.
  • the stroke course with large deflections can be selected by using instead of the round gear and the straight rack correspondingly adapted waveforms, as they have been explained with reference to the example according to Figures 3a to 3d.
  • the horizontally extending rack area can be extended arbitrarily to allow more turns. This variant is particularly suitable for commercial vehicles. Werner BLESS
  • FIGS. 6a to 6c essentially corresponds to that of FIGS. 5a to 5c.
  • the two straight racks but not separate structures, but integrally formed on the inclined rack or at least connected to this.
  • a toothed rack is obtained which has at least one, here two wide areas 7 ', 8' and a middle narrow area 3 '.
  • the gears 1, 6 now engages the spiral gear 1 in the narrow region 3 'or the round gear 6' engages in one of the wide areas 7 ', 8' a.
  • the rack is widened on both sides. This form is recommended if instead of a round gear 6, two round gears are used, which are arranged on each side of the helical gear 1. This in turn ensures a symmetrical edge run.
  • FIGS. 7a and 7b show a first variant.
  • the highest elevation is provided with a central tooth 30, in this example, both or in the case of three racks all three racks have such a central tooth 30. This arrangement allows a uniform course.
  • FIGS. 2a and 2b show a further variant of the embodiment of the highest elevation of the toothed racks.
  • each rack ends with an inclined tooth 31 whose angle and distance to the next tooth of the same rack corresponds to the arrangement of the remaining teeth of this rack.
  • This variant is easy to produce.
  • the toothed racks according to the above exemplary embodiment are shaped, ie the uppermost teeth 31 are inclined and correspond to the remaining teeth. In this case, however, they overlap with the top tooth 31 of the adjacent rack.
  • This variant has the advantage that it is again easy to produce, but that the rolling of the pinions is more uniform than in the variant according to FIGS. 2a and 2b. Werner BLESS
  • the embodiment according to FIGS. 9a and 9b differs from the preceding ones, in particular in that the tooth structure is not a rack, but rather a further spur gear, a driven wheel 9.
  • the spur gear 1 is connected via the now partially shown drive or steering shaft L to the steering wheel and corresponds to a drive wheel. This is connected via an output shaft A with a pinion R and a rack Z of a conventional pinion / rack and pinion gear.
  • the output gear 9 preferably has the same shape as the gear according to Figure 4a and will therefore not be described in detail here. It meshes with its teeth 10, the driven gear 9, which is preferably also formed like the gear according to Figure 4a and thus has the same curve shape and the same number of teeth as the drive wheel 1.
  • the two spur gears 1, 9 are identical. They can each have two logarithmic spirals or have other waveforms as long as the radii of curvature of the curves monotonically increase over an angular range of 90 ° and they complement each other.
  • the centers of the curves coincide with the axes of rotation of the gears, respectively.
  • the axes of rotation are also the bearing axis of the gears.
  • the gears it is also possible to store the gears differently or to arrange the axes of rotation outside the center points of the curves.
  • the logarithmic spiral is the preferred curve shape, with other curves, which have over an angular range of at least 90 ° monotonically increasing radii of curvature, are also possible, provided that the rack or the meshing with the gear further gear is shaped appropriately adapted. It should be further understood that combinations of the teachings of the individual embodiments are possible and are part of this disclosure. Werner BLESS

Abstract

Ein progressives Getriebe weist mindestens ein Stirnzahnrad (1, 2) und ein Zahngebilde (3, 4, 5, 7, 8) auf, in welches das Stirnzahnrad (1, 2) eingreift. Das Stirnzahnrad (1, 2) besitzt Zähne (11), welche entlang einer Kurve (10) angeordnet sind, wobei die Kurve (10) einen Krümmungsradius (r) aufweist, welcher über einen Winkelbereich von mehr als 90° der Kurve (10) monoton ansteigt. Vorzugsweise ist die Kurve eine Spirale, insbesondere eine logarithmische Spirale. Dieses Getriebe ist kompakt und einfach aufgebaut, weist einen gleichmässigen Verlauf auf und ermöglicht einen späten Endpunkt.

Description

Werner BLESS
CPCT- 13747 - 1 -
Progressives Getriebe
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein progressives Getriebe gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Progressive Getriebe werden beispielsweise für Fahrzeuglenkungen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, eingesetzt. Üblicherweise wird eine Drehung eines Lenkrads über eine Lenkwelle auf ein Zahnrad übertragen, welches mit einer Zahnstange im Eingriff steht. Das so getriebene Zahnrad verschiebt die Zahnstange, welche die Radstellungen be- einflusst. Bei einer progressiven Lenkung bzw. einem progressiven Getriebe nimmt das Übersetzungsverhältnis von einem grössten Wert in einem Mittelbereich der Lenkradstellung beim Drehen des Lenkrads ab. Dies bedeutet, dass bei Geradeausstellung des Lenkrads eine relativ grosse Bewegung des Lenkrads lediglich eine kleine Richtungsänderung der Fahrspur verursacht. Beim Manövrieren hingegen, wenn das Lenkrad bereits stark eingeschlagen ist, verursacht bereits eine relativ kleine Drehbewegung eine grosse Richtungsänderung. Dies ist speziell beim Parkieren oder beim Befahren von Kurvenstrassen erwünscht.
Im Stand der Technik werden verschiedene Lösungen zur Erzielung eines progressiven Verhaltens des Getriebes vorgeschlagen. Diese Getriebe sind jedoch relativ kompliziert aufgebaut und deshalb entsprechend teuer in der Herstellung und Wartung. Nachteilig an Getrieben, welche aus einer Vielzahl von Teilen bestehen, ist zudem, dass sie oft ein unerwünschtes Spiel aufweisen oder dass Drehmomentschwankungen in Kauf genommen werden müssen. Auch wird der Umkehrpunkt relativ früh erreicht.
DE-A-T 146769 offenbart ein Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge mit einem veränderlichen Übersetzungsverhältnis, wobei das Getriebe ein Zahnrad und eine Zahnstange umfasst. Das Zahnrad ist dabei unrund gestaltet und exzentrisch gelagert.
DE-A-39'13'809 schlägt eine Kleinwinlcel-Leiikeinrichtung mit einem Paar elliptischer Zahnräder vor. Werner BLESS
CPCT- 13747 - 2 -
Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein progressives Getriebe, insbesondere für eine Fahrzeuglenkung, zu schaffen, welches relativ klein und kompakt ist.
Diese Aufgabe löst ein Getriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Das erfϊndungsgemässe progressive Getriebe weist mindestens ein Stirnzahnrad und ein Zahngebilde oder Zahnradgebilde auf, in welches das Stirnzahnrad eingreift. Das Stirnzahnrad weist Zähne auf, welche entlang einer Kurve angeordnet sind. Der Krümmungsradius der Kurve steigt über einen Winkelbereich von mehr als 90° monoton an.
So können die Zähne der Stirnzahnräder entlang einer Kurve angeordnet sein, deren Krümmungsradius über einen Winkelbereich von mehr als 90° monoton ansteigt, wobei der restliche Umfangsbereich des Stirnzahnrads geradlinig ausgebildet ist. Der restliche oder zumindest ein Teil des restlichen Umfangsbereichs kann jedoch auch einer Kurve entsprechen, wobei diese Kurve einen Krümmungsradius aufweisen kann, welcher konstant ist oder auch abnehmen kann. Weitere Ausgestaltungsformen im Rahmen der oben beschriebenen Lehre sind selbstverständlich möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kurve mit dem monoton ansteigenden Krümmungsradius mindestens abschnittsweise eine Spirale, deren Mittelpunkt vorzugsweise mit einer Drehachse des Stirnzahnrads zusammenfällt.
Vorzugsweise ist diese Spirale logarithmisch, d.h. sie vergrössert den Abstand zu ihrem Mittelpunkt oder Pol mit jeder Umdrehung um den gleichen Faktor.
In bevorzugten Ausführungsformen ist das Zahngebüde mindestens eine Zahnstange, welche geneigt ist. Die Zahl der Zahnstangen entspricht vorzugsweise derjenigen der Stirnzahnräder.
Je nach Form der Stirnzahnräder sind die Zahnstangen geradlinig geneigt oder gekrümmt geneigt ausgebildet. Im Fall eines logarithmischen Kurvenabschnitts des Stirn- zahnrads ist der zugehörige Bereich der Zahnstange vorzugsweise geradlinig geneigt Werner BLESS
CPCT-13747 - 3 -
ausgebildet. Im Falle eines kreisförmigen Kurvenabschnitts des Stirnzahnrads ist die zugehörige Zahnstange geradlinig und horizontal verlaufend ausgebildet, falls der Mittelpunkt des kreisförmigen Kurvenabschnitts in der Drehachse des Stirnzahnrads liegt. Im Falle eines anderen Verlaufs des Kurvenabschnitts des Stirnzahnrads ist der zuge- hörige Bereich der Zahnstange entsprechend geneigt und/oder gekrümmt ausgebildet.
Dank entsprechender Anpassung der Stirnzahnräder bzw. Ritzel und Zahngebilde kann der jeweilige Endpunkt der Drehbewegung erst nach % der Umdrehung des Stirnzahnrads oder Ritzels bzw. der Lenkwelle erreicht werden, so dass die Lenkwelle zwischen den zwei Endpunkten 11A Drehungen ausführen kann. Dies wird insbesondere durch Verwendung von zwei oder mehr Ritzeln, welche auf mindestens zwei parallel versetzt zueinander und mindestens teilweise hintereinander angeordneten Zahnstangen verlaufen, erreicht. Diese Anordnungen weisen ferner den Vorteil auf, dass keine Drehmomentschwankungen auftreten.
Dank der speziellen Form der Zahnräder bzw. Zahnstangen erübrigen sich zusätzliche Bauteile zur Erzielung einer progressiven Lenkung. Die Lenkwelle kann somit direkt am Ritzel befestigt werden, so dass ein spielfreies Getriebe erhalten wird.
In anderen Ausführungsformen ist das Zahngebilde ein zweites Stirnzahnrad, das ebenfalls Zähne aufweist, welche entlang einer Kurve angeordnet sind, deren Krümmungsradius über einen Winkelbereich von mehr als 90° monoton ansteigt.. Vorzugsweise entspricht die Kurve einer logarithmischen Spirale. Das erste Stirnzahnrad ist mit einer Antriebswelle, vorzugsweise der Lenkwelle verbindbar. Das zweite Stirnzahnrad ist mit einer Abtriebswelle, welche vorzugsweise ein konventionelles Ritzel/Zahnstangensystem treibt, verbindbar. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass Fahrzeuge auf einfache und kostengünstige Weise mit dem erfindungsgemässen progressiven Getriebe nachgerüstet werden können.
Das erfindungsgemässe progressive Getriebe weist einen gleichmässigen Drehmomentverlauf auf. Durch symmetrische Anordnung der einzelnen Bauteile bzw. durch Verwendung von drei parallel versetzt zueinander verlaufenden Abwickelstrecken der Stirnzahnräder lässt sich ein symmetrischer Kantenlauf erzielen. Werner BLESS
CPCT-13747 - 4 -
Das erfmdungsgemässe progressive Getriebe eignet sich insbesondere für Fahrzeuglenkungen von Kraftfahrzeugen. Es eignet sich sowohl für normale Strassenverkehrs- fahrzeuge wie auch für Sportfahrzeuge.
Vorzugsweise besitzt die Kurve, aufweicher die Zähne liegen, dort ihren minimalen Krümmungsradius, wo das Stirnzahnrad das Zahngebilde berührt bzw. kämmt, wenn sich das Lenkgetriebe in der Mittelstellung befindet. Dadurch wird erreicht, dass sich das Übersetzungsverhältnis bei kleinen Auslenkungen aus der Mittelstellung relativ langsam ändert und es kann vermieden werden, dass eine Zahnstange, in welche das Stirnzahnrad eingreift, eine ausgeprägte Zykloidenform mit steilen Flanken besitzen muss.
Ausgehend vom minimalen Krümmungsradius sollte der Krümmungsradius der Kurve über einen Winkelbereich von mindestens 90°, insbesondere mindestens 180° monoton ansteigen. Dies erlaubt eine sanfte, gleichmässige Änderung des Übersetzungsverhältnisses über diesen Winkelbereich.
In der Mittelstellung des Lenkgetriebes ist der Abstand zwischen der Drehachse des Stirnzahnrads und dem Berührungspunkt des Stirnzahnrads mit dem Zahngebilde vor- zugsweise minimal, so dass in diesem Bereich das Lenkgetriebe auf Drehungen des Lenkrads am langsamsten reagiert.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird der Erfmdungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, erläutert. Es zeigen:
Figur Ia eine schematische Seitenansicht eines erfmdungsgemässen Getriebes mit Zahnrädern und Zahnstangen in einer ersten Ausführungsform; Figur Ib die Zahnstangen gemäss Figur Ia von oben; Figur Ic eine Graphik der Progression des Getriebes gemäss Figur Ia; Werner BLESS
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Figur Id eine perspektivische Darstellung einer Variante des Getriebes gemäss
Figur Ia mit zwei Zahnstangen;
Figur 2a eine Detailansicht eines Zahnrads und einer ersten Variante einer Zahnstange im Bereich ihrer höchsten Erhebung ;
Figur 2b das Detail der Zahnstange gemäss Figur 2a von oben;
Figur 3 a eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemässen Getriebes mit Zahnrädern und Zahnstangen in einer zweiten Ausfuhrungsform; Figur 3b die Zahnstangen gemäss Figur 3 a von oben;
Figur 3c eine Graphik der Progression des Getriebes gemäss Figur 3a;
Figur 4a eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemässen Getriebes mit Zahnrad und Zahnstange in einer dritten Ausfuhrungsform; Figur 4b die Zahnstange gemäss Figur 4a von oben;
Figur 4c eine Graphik der Progression des Getriebes gemäss Figur 4a;
Figur 5a eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemässen Getriebes mit Zahnrädern und Zahnstangen in einer vierten Ausfuhrungsform; Figur 5b die Zahnstangen gemäss Figur 5a von oben;
Figur 5c eine Graphik der Progression des Getriebes gemäss Figur 5a;
Figur 6a eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemässen Getriebes mit Zahnrädern und Zahnstangen in einer fünften Ausfuhrungsform; Figur 6b die Zahnstangen gemäss Figur 6a von oben;
Figur 6c eine Graphik der Progression des Getriebes gemäss Figur 6a;
Figur 7a eine Detailansicht eines Zahnrads und einer zweiten Variante einer
Zahnstange im Bereich ihrer höchsten Erhebung ; Figur 7b das Detail der Zahnstange gemäss Figur 7a von oben;
Figur 8a eine Detailansicht eines Zahnrads und einer dritten Variante einer
Zahnstange im Bereich ihrer höchsten Erhebung ; Figur 8b das Detail der Zahnstange gemäss Figur 8a von oben; Werner BLESS
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Figur 9a eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemässen Getriebes in einer sechsten Ausfuhrungsform, und Figur 9b eine schematische Darstellung der Zahnräder gemäss Figur 7a von oben.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In den Figuren Ia und Ib ist ein erstes Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemässen progressiven Getriebes dargestellt, wie es beispielsweise in einem Kraftfahrzeug ein- gesetzt wird. Das Getriebe weist mindestens zwei, vorzugsweise drei Stirnzahnräder 1, 2 auf, welche um eine gemeinsame Drehachse 12 drehbar sind. Hierzu sind die Stirnzahnräder 1, 2 mit einer hier nicht dargestellten Lenkwelle verbunden. Die Lenkwelle wird mittels eines Lenkrades des Fahrzeugs in die jeweils gewünschte Drehposition gebracht.
Jedes der Stirnzahnräder 1, 2 steht mit einem Zahngebilde in Form einer Zahnstange 3, 4, 5 in Eingriff und lässt sich entlang dieser Zahnstange 3, 4, 5 abwälzen. Entweder verschiebt sich dabei die Drehachse 12 entlang einer vorzugsweise horizontal verlaufenden Geraden oder die Zahnstangen 3, 4, 5 werden entsprechend in ihrer Längsrichtung ver- schoben. Die nur wahlweise vorhandene dritte Zahnstange 5 ist in der Figur Ib heller dargestellt als die erste und zweite Zahnstange 3, 4.
In Figur Ia sind die zwei bzw. drei Stirnzahnräder 1, 2 in mehreren Drehpositionen Pl, P2, P3 und P4 entlang der Zahnstangen 4, 5, 6 dargestellt.
Die Stirnzahnräder 1, 2 weisen Zähne 11 auf, welche entlang einer Kurve 10 (siehe Figur 2a) angeordnet sind. Diese Kurve 10 besitzt einen Krümmungsradius r, welcher über einen Winkelbereich von mehr als 90° der Kurve und somit des Stirnzahnrads 1, 2 monoton ansteigt.
In diesem Beispiel sind die Zähne über einen Winkelbereich von mehr als 180° und weniger als 360° auf der Kurve 10 angeordnet, wobei ein verbleibender Umfangs- bereich des Stirnzahnrads 1, 2 zahnlos ausgebildet ist. In der Ausführungsform gemäss den Figuren Ia und Ib ist ein Umfangsbereich von annähernd 270° mit Zähnen 11 Werner BLESS
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bedeckt und der restliche Bereich 13 des Umfangs des Stirnzahnrads ist geradlinig ausgebildet.
Der Mittelpunkt der Kurve 10 verbleibt dabei vorzugsweise relativ zum Stirnzahnrad 1, 2 positionsfest und fällt zudem vorzugsweise mit der Drehachse 12 des Stirnzahnrads 1, 2 zusammen.
Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kurve 10 eine Spirale, insbesondere eine logarithmische Spirale. Ihr Mittelpunkt fällt vorzugsweise mit der Drehachse 12 des Stirnzahnrads 1, 2 zusammen.
Die in diesem Ausführungsbeispiel verwendeten zwei bzw. drei Stirnzahnräder 1, 2 weisen dieselbe Anzahl Zähne und dieselbe Kurvenform auf. Vorzugsweise sind sie auch im übrigen identisch ausgebildet. Das erste und das zweite Stirnzahnrad 1, 2 sind jedoch in unterschiedlichen Positionen und spiegelsymmetrisch relativ zueinander angeordnet. Vorzugsweise weisen ihre Bereiche mit den längsten Krümmungsradien r in um 180° entgegengesetzte Richtungen, die Bereiche mit den kürzesten Krümmungsradien r jedoch in dieselbe Richtung. Dies ist in Figur Ia in Position Pl und P4 am besten erkennbar. Das dritte Stirnzahnrad ist parallel versetzt zum ersten Zahnrad 1 angeordnet und weist dieselbe Ausrichtung auf wie dieses. Dadurch ist es in Figur Ia deckungsgleich mit dem ersten Stirnzahnrad 1 und deshalb nicht sichtbar.
Die Flankenformen der einzelnen Zähne der Stirnzahnräder 1, 2 und der Zahnstangen 3, 4, 5 sind entsprechend optimiert, um eine möglichst reibungsfreie und geräuscharme Abwicklung der einzelnen Zahnräder 1, 2 auf den Zahnstangen 3, 4, 5 zu ermöglichen. Dies ist jedoch bekanntes Fachwissen und es wird deshalb hier nicht näher darauf eingegangen.
Die Zahnstangen 3, 4, 5. sind in diesem Beispiel geradlinig, jedoch geneigt ausgebildet. Die Neigung ermöglicht unter anderem eine Abwälzung der Stirnzahnräder auf den Zahnstangen bei gleichbleibender Höhe der Rotationsachsen der Stirnzahnräder. Die Zahnstangen sind parallel versetzt zueinander und mindestens teilweise hintereinander angeordnet. Die erste und dritte Zahnstange 3, 5 verlaufen dabei parallel versetzt zueinander, wobei sie nebeneinander angeordnet sind. Vorzugsweise sind sie identisch ausgebildet und weisen dieselbe Steigung auf. Zwischen ihnen ist die zweite Zahn- Werner BLESS
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Stange 4 angeordnet, wobei ihr Anfangsbereich mit dem Endbereich der ersten und dritten Zahnstange 3, 5 überlappt. Sie weist vorzugsweise dieselbe, aber der ersten und dritten Zahnstange 3, 5 entgegengesetzte Steigung auf. In einem Übergangsbereich U weisen die Zahnstangen 3, 4, 5 jeweils ihre höchste Erhebung auf.
Die Mittelstellung des Lenkrads und somit der Zahnräder 1, 2 entspricht vorzugsweise der Position P4, also wenn sich die Zahnräder 1, 2 auf der höchsten Erhebung der Zahnstangen 3, 4, 5 befinden. Bei Drehung des Lenkrads nach links werden die Positionen P3, P2, und Pl durchlaufen. Dabei greifen das erste und, falls vorhanden, das dritte Zahnrad 1 in die entsprechenden Zahnstangen 3, 5 ein. In Abhängigkeit ihrer Drehstellung kontaktieren die Zahnräder 1 dabei die Zahnstangen in Kontaktlinien bzw. -punkten, welche einem monoton ansteigenden Krümmungsradius der Kurve 10 zugeordnet sind. Das heisst, in Position P4 ist der Zahn des Zahnrads, welcher in die Zahnstange eingreift, dem kleinsten Krümmungsradius zugeordnet, in Position Pl dem grössten. Das mittlere zweite Zahnrad 2 dreht sich ohne Eingriff in eine Zahnstange im leeren Raum. Dieses Drehen ohne Eingriff ist insbesondere in Figur Id gut erkennbar.
Der Krümmungsradius r der Kurve ist dort minimal, wo sich die Zahnräder 1, 2 und die Zahnstangen 3, 4, 5 bei Mittelstellung des Lenkrads, d.h. in der Position P4, berühren. Der minimale Krümmungsradius der Kurve ist jedoch vorzugsweise grösser als der minimale Abstand zwischen der Kurve bzw. den Zähnen und der Drehachse 12, so dass die Übersetzung bei einer Auslenkung des Lenkrads aus der Mittelstellung kleiner wird.
Wird das Lenkrad nach rechts gedreht, so verlaufen das erste und dritte Zahnrad 1 eingriffslos und das zweite Zahnrad 2 greift in seine entsprechende Zahnstange 4 ein. Auch hier wälzen sie sich aus der Mittelposition P4 vom kleinsten Krümmungsradius zum grössten Krümmungsradius hin ab. In Figur Id ist erkennbar, wie sich jeweils ein Zahnrad im Eingriff mit einer Zahnstange dreht und das andere Zahnrad bzw. die anderen Zahnräder leer drehen.
Der durch die Abwälzung von Position P4 zur Position Pl erzielte Hub ist in Figur Ic dargestellt. Wie erkennbar ist, kann über einen Winkelbereich von 270° ein monoton anwachsender Hub erreicht werden. Diese bedeutet, dass das Lenkrad um 270° gedreht werden kann, bis der Endpunkt des Getriebes erreicht wird. Da sich das Lenkrad mit Werner BLESS
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derselben Wirkung in beide Richtungen drehen lässt, sind somit 11A Umdrehungen möglich, bis die jeweiligen Endpunkte erreicht werden.
In den Figuren 3a bis 3d ist eine zweite Ausfuhrungsform des erfindungsgemässen Getriebes dargestellt. Es werden zwei Stirnzahnräder 1, 2 und zwei Zahnstangen 3, 4 verwendet. In Figur 3 a sind diese zwei Zahnräder in der Mittelposition P4 und in einer ihrer zwei äussersten Positionen Pl dargestellt. Die Zähne der Stirnzahnräder 1, 2 sind nun über einen Winkelbereich A von annähernd 180° entlang einer logarithmische Spirale angeordnet. Im anschliessenden Winkelbereich von etwas mehr als 90° weist die Kurve einen noch monoton anwachsenden Krümmungsradius auf, die Kurve entspricht jedoch nicht mehr einer logarithmischen Spirale. Der Umfang im restlichen Winkelbereich ist wiederum geradlinig ausgestaltet. Dabei sind die Stirnzahnräder 1, 2 so auf ihrer Drehachse 12 montiert, dass in der Grundstellung des Lenkrads, d.h. im Bereich der höchsten Erhebung der Zahnstangen 3,4, zuerst der Bereich mit der Form der logarithmischen Spirale abgewälzt wird.
Angepasst an die Form der Stirnzahnräder 1, 2 sind die Zahnstangen 3, 4 zuerst, d.h. startend von ihrer höchsten Erhebung aus, geradlinig geneigt ausgebildet und gehen anschliessend in eine geneigte, aber gekrümmte Kurve K über.
In Figur 3 c ist wiederum der Hub in Abhängigkeit des Lenkwinkels dargestellt. Im Vergleich zur ersten Ausführungsform gemäss den Figuren Ia bis Ic verläuft nun Graph im Winkelbereich zwischen 180° und 270° schwächer gekrümmt.
In der Ausführungsform gemäss den Figuren 4a bis 4c sind nur ein Stirnzahnrad 1 und nur eine Zahnstange 3 vorhanden, wobei das Zahnrad 1 wiederum in seiner Mittelposition P4 und in einer seiner zwei äussersten Positionen Pl dargestellt ist. Die Zähne 11 des Stirnzahnrads 1 sind bezüglich positiver und negativer Drehungen des Zahnrads 1 ausgehend von seiner Mittelstellung symmetrisch auf der Kurve angeordnet. Die Zähne 11 lassen sich in zwei Zahngruppen 14, 15 gruppieren. Jeder Zahngruppe 14, 15 ist eine Kurve 10 zuzuordnen, wobei sich die zwei Kurven 10 jeweils über eine Winkelbereich von 180° erstrecken. Sie sind spiegelsymmetrisch zu einer Ebene, in welcher die Drehachse 12 liegt, und weisen denselben Mittelpunkt auf, welcher vorzugsweise mit der Drehachse 12 zusammenfällt. Ihr Umlaufsinn ist jedoch entgegengesetzt. Da- durch wird ein „eiförmiges" Zahnrad erhalten, bei welchem der Übergang von einer Werner BLESS
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Kurve in die andere stetig verläuft, so dass die jeweils grössten bzw. kleinsten Krümmungsradien zusammenfallen. Die Zahnstange 3 ist, falls die zwei Kurven des Zahnrads 1 je eine logarithmische Spirale sind, wiederum geradlinig ausgebildet, wobei sie in beide Richtungen, ausgehend von der Mittelstellung als höchsten Punkt, geneigt ist. Wie in Figur 4c erkennbar ist, ist die Auslenkung auf jeder Seite 180°. Dafür weist das Getriebe eine minimale Anzahl Bauteile auf und lässt sich entsprechend kompakt und platzsparend ausbilden. Zudem ist die Herstellung kostengünstig.
Die Ausfuhrungsform gemäss den Figuren 5a bis 5c verwendet wiederum zwei Stirn- Zahnräder 1, 6 und drei mindestens teilweise hintereinander und teilweise parallel versetzt zueinander angeordnete Zahnstangen 3, 7, 8. Die Zahnräder 1, 6 sind in drei Positionen Pl, P2, P4 dargestellt. Das erste Zahnrad 1 ist ein Zahnrad gemäss der in Figur 4a dargestellten Ausführungsform und die zum ersten Zahnrad 1 gehörende Zahnstange 3 ist geradlinig und in zwei Richtungen geneigt ausgebildet. Beim zweiten Zahnrad 6 sind die Zähne auf einem Kreis oder einer Ellipse angeordnet. Dieses Zahnrad 6 wälzt sich auf zwei Zahnstangen 7, 8 ab. Die Zähne dieser Zahnstangen 7, 8 sind entlang einer horizontal und geradlinig verlaufenden Linie angeordnet. Ausgehend von der Mittelposition P4 lassen sich die gemeinsam gelagerten Zahnräder nach rechts oder links drehen. In Figur 5 a sind einzelne Positionen bei Drehung nach links dargestellt. Zuerst greift das spiralförmige Zahnrad 1 in die zugehörige geneigte Zahnstange 3 ein. Das runde Zahnrad 6 dreht leer. Wird die 180° Drehposition erreicht, so endet die geneigte Zahnstange 3 und das spiralförmige Zahnrad 1 dreht nun ins Leere. Dafür hat dank dem Überlappungsbereich der zwei Zahnstangen 3, 7 das runde Zahnrad 6 übernommen und wälzt sich nun auf der ersten geraden Zahnstange 7 über einen weiteren Winkelbereich von mindestens 90° ab. Bei Drehung nach rechts kämmt das runde Zahnrad 6 die zweite gerade Zahnstange 8, welche als geradlinige, aber in Längsrichtung beabstandete Verlängerung der ersten geraden Zahnstange 7 angeordnet ist. Wie in Figur 5 c erkennbar ist, erfolgt der Endpunkt bei dieser Anordnung wiederum erst nach 270° pro Drehrichtung, wobei im Lenkwinkelbereich zwischen 180° und 270° der Hub geradlinig verläuft. Der Hub verlauf bei grossen Auslenkungen lässt sich wählen, indem anstelle des runden Zahnrads und der geraden Zahnstange entsprechend angepasste Kurvenformen verwendet werden, wie sie anhand des Beispiels gemäss den Figuren 3a bis 3d erläutert wurden. Als Variante zu dieser Anordnung lässt sich zudem der horizontal verlaufende Zahnstangenbereich beliebig verlängern, um mehr Umdrehungen zu ermöglichen. Diese Variante eignet sich insbesondere für Nutzfahrzeuge. Werner BLESS
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Das Ausführungsbeispiel gemäss den Figuren 6a bis 6c entspricht im wesentlichen demjenigen der Figuren 5a bis 5c. Hier ist sind die zwei geraden Zahnstangen jedoch nicht getrennte Gebilde, sondern einstückig an der geneigten Zahnstange angeformt oder zumindest mit dieser verbunden. Dadurch wird eine Zahnstange erhalten, welche mindestens einen, hier zwei breite Bereiche 7', 8' und einen mittleren schmalen Bereich 3' aufweist. In Abhängigkeit der Drehstellung der Lenkwelle und somit der Zahnräder 1, 6 greift nun das spiralförmige Zahnrad 1 in den schmalen Bereich 3' ein oder das runde Zahnrad 6' greift in einen der breiten Bereiche 7', 8' ein. In Figur 6b ist erkennbar, dass die Zahnstange auf beiden Seiten verbreitert ist. Diese Form empfiehlt sich, wenn anstelle von einem runden Zahnrad 6 zwei runde Zahnräder verwendet werden, welche auf je einer Seite des spiralförmigen Zahnrads 1 angeordnet sind. Dadurch wird wiederum ein symmetrischer Kantenlauf gewährleistet.
Der Bereich der höchsten Erhebung der Zahnstange kann auf unterschiedliche Weise gestaltet sein. In den Figuren 7a und 7b ist eine erste Variante dargestellt. Hier ist die höchste Erhebung mit einem Mittelzahn 30 versehen, wobei in diesem Beispiel beide bzw. im Fall von drei Zahnstangen alle drei Zahnstangen einen derartigen Mittelzahn 30 aufweisen. Diese Anordnung ermöglicht einen gleichmässigen Verlauf.
In den Figuren 2a und 2b ist eine weitere Variante der Ausbildung der höchsten Erhebung der Zahnstangen dargestellt. Hier ist nun kein Mittelzahn vorhanden, sondern jede Zahnstange endet mit einem schräg gestellten Zahn 31, dessen Winkel und Abstand zum nächsten Zahn derselben Zahnstange der Anordnung der restlichen Zähne dieser Zahnstange entspricht. Dabei endet die eine Zahnstange bevor die andere beginnt, d.h. es sind keine überlappenden Zähne vorhanden. Diese Variante ist einfach herzustellen.
Bei der Ausgestaltung der höchsten Erhebung gemäss den Figuren 8a und 8b sind die Zahnstangen gemäss dem obigen Ausführungsbeispiel geformt, d.h. die obersten Zähne 31 sind schräggestellt und entsprechen den übrigen Zähnen. In diesem Fall hier überlappen sie jedoch mit dem obersten Zahn 31 der benachbarten Zahnstange. Diese Variante weist den Vorteil auf, dass sie wiederum einfach herstellbar ist, dass jedoch die Abwälzung der Ritzel gleichmässiger verläuft als bei der Variante gemäss den Figuren 2a und 2b. Werner BLESS
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Die Ausführungsform gemäss den Figuren 9a und 9b unterscheidet sich von den vorhergehenden insbesondere darin, dass das Zahngebilde keine Zahnstange, sondern ein weiteres Stirnzahnrad, ein Abtriebsrad 9, ist. Das Stirnzahnrad 1 ist über die hier nun teilweise dargestellte Antriebs- oder Lenkwelle L mit dem Lenkrad verbunden und entspricht einem Antriebsrad. Dieses ist über eine Abtriebswelle A mit einem Ritzel R und einer Zahnstange Z eines konventionellen Ritzel/Zahnstangengetriebes verbunden.
Das Abtriebszahnrad 9 weist vorzugsweise dieselbe Form auf wie das Zahnrad gemäss Figur 4a und wird hier deshalb nicht mehr im Detail beschrieben. Es kämmt mit seinen Zähnen 10 das Abtriebsrad 9, welches vorzugsweise ebenfalls wie das Zahnrad gemäss Figur 4a ausgebildet ist und somit dieselbe Kurvenform und dieselbe Anzahl Zähne aufweist wie das Antriebsrad 1. Vorzugsweise sind die zwei Stirnzahnräder 1, 9 identisch ausgebildet. Sie können jeweils zwei logarithmische Spiralen aufweisen oder auch andere Kurvenformen aufweisen, solange die Krümmungsradien der Kurven über einen Winkelbereich von 90° monoton ansteigen und sie sich gegenseitig ergänzen. Die
Mittelpunkte der Kurven fallen im hier dargestellten Beispiel wiederum mit den Drehachsen der jeweiligen Zahnräder zusammen. In den Figuren 9a und 9b sind sie übrigens in einer Drehstellung dargestellt, welche nicht der Mittelstellung des Lenkrads, sondern der um 180° gedrehten Stellung entspricht.
In den oben beschriebenen Beispielen fallen die Mittelpunkte der Kurven jeweils mit den Drehachsen der Zahnräder zusammen. Zudem sind die Drehachsen auch die Lagerachse der Zahnräder. Dies sind bevorzugte Ausführungsformen. Es ist jedoch auch möglich, die Zahnräder anders zu lagern bzw. die Drehachsen ausserhalb der Mittel- punkte der Kurven anzuordnen. Wie bereits oben erwähnt ist die logarithmische Spirale die bevorzugte Kurvenform, wobei andere Kurven, welche über einen Winkelbereich von mindestens 90° monoton ansteigende Krümmungsradien aufweisen, ebenfalls möglich sind, sofern die Zahnstange bzw. das mit dem Zahnrad kämmende weitere Zahnrad entsprechend angepasst geformt ist. Des weiteren sei noch festgehalten, dass auch Kombinationen der Lehren der einzelnen Ausführungsformen möglich und Teil dieser Offenbarung sind. Werner BLESS
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Bezugszeichenliste
1 Erstes Stirnzahnrad
10 Kurve
11 Zahn
12 Drehachse
13 Restliche Bereich
14 Erste Zahngruppe
15 Zweite Zahngruppe
2 Zweites Stirnzahnrad
3 Erste Zahnstange
3' schmaler Bereich
30 Mittelzahn
31 Zähne
4 Zweite Zahnstange
5 Dritte Zahnstange
6 Rundes Zahnrad
7 Erste gerade Zahnstange
7' breiter Bereich
8 Zweite gerade Zahnstange
8' schmaler Bereich
9 Abtriebsrad
A Abtriebswelle
L Lenkwelle
R Ritzel
Z Zahnstange r Krümmungsradius
P1, P2, P3, P4 Drehposition
U Überlappungsbereich
K gekrümmte Linie

Claims

Werner BLESSCPCT-13747 - 14 -Patentansprüche
1. Progressives Getriebe mit mindestens einem Stirnzahnrad (1, 2) und einem Zahngebilde (3, 4, 5, 7, 8), in welches das Stirnzahnrad (1, 2) eingreift, wobei das Stirnzahnrad (1, 2) Zähne (11) aufweist, welche entlang einer Kurve (10) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurve (10) einen Krümmungsradius (r) aufweist, welcher über einen Winkelbereich von mehr als 90° der Kurve (10) monoton ansteigt.
2. Getriebe nach Anspruch 1, wobei der Krümmungsradius (r) in einer Mittelstellung (P4) des Stirnzahnrads (1, 2) einen Minimal wert aufweist.
3. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Kurve (10) des Stirnzahnrads (1, 2) eine Spirale ist.
4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das mindestens eine Stirnzahnrad (1, 2) um eine Drehachse (12) drehbar ist und die mindestens eine Kurve (10) einen Mittelpunkt aufweist, welcher mit der Drehachse (12) des Stirnzahnrads (1, 2) zusammenfällt.
5. Getriebe nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Kurve mindestens bereichsweise, vorzugsweise über mindestens einen Winkelbereich von 90°, eine logarithmische Spirale ist.
6. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zähne (11) über einen Winkelbereich von mehr als 180° und weniger als 360° , insbesondere von annähernd 270°, auf der Kurve (10) angeordnet sind und wobei ein verbleibender Umfangsbereich des Stirnzahnrads (1, 2) zahnlos ausgebildet ist.
7. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Stirnzahnrad (1, 2) eine erste und eine zweite Zahngruppe (14, 15) aufweist, wobei die erste und zweite Zahngruppe (14, 15) jeweils entlang einer ersten beziehungsweise zweiten Kurve (10) angeordnet sind, wobei sich die erste und zweite Kurve (10) jeweils über einen Winkelbereich des Stirnzahnrads (1, 2) von 180° erstreckt und wobei die zwei Kurven (10) spiegelsymmetrisch sind. Werner BLESS
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8. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Getriebe zusätzlich mindestens ein Stirnzahnrad (6) aufweist, dessen Zähne auf einem Kreis angeordnet sind.
9. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Zahngebilde mindestens eine Zahnstange (3, 4, 5, 7, 8) ist.
10. Getriebe nach Anspruch 9, wobei die mindestens eine Zahnstange (3, 4, 5) geneigt ausgebildet ist.
11. Getriebe nach Anspruch 10, wobei die mindestens eine Zahnstange (3, 4, 5) in ihrer höchsten Erhebung einen Mittelzahn aufweist.
12. Getriebe nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei mindestens zwei Zahnstangen (3, 4, 5) mindestens teilweise hintereinander und parallel versetzt zueinander angeordnet sind, wobei mindestens zwei Stirnzahnräder (1, 2) vorhanden sind und wobei je ein Stirnzahnrad (1, 2) mit je einer Zahnstange (3, 4, 5) im Eingriff steht.
13. Getriebe nach den Ansprüchen 10 und 12, wobei die mindestens zwei mindestens teilweise hintereinander angeordneten Zahnstangen (3, 4, 5) einander entgegengesetzte Steigungen aufweisen und wobei sie in einem einander benachbarten Bereich jeweils eine höchste Erhebung besitzen.
14. Getriebe nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die mindestens eine Zahnstange mindestens einen breiten und einen schmalen Bereich (3', 7', 8') aufweist, wobei in Abhängigkeit einer Stellung des Stirnzahnrads (1) dieses Stirnzahnrad (1) im schmalen Bereich (3') eingreift beziehungsweise mindestens ein anderes Stirnzahnrad (6) im breiten Bereich (7', 8') eingreift.
15. Getriebe nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die mindestens eine Zahnstange (3, 4, 5) Zähne aufweist, welche geradlinig angeordnet sind. Werner BLESS
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16. Getriebe nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei die mindestens eine Zahnstange (3, 4, 5) Zähne aufweist, welche entlang einer gekrümmten Linie (K) angeordnet sind.
17. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Zahngebilde ein um eine Drehachse drehbares Stirnzahnrad (9) ist, wobei das Stirnzahnrad Zähne aufweist, welche entlang einer Kurve mit einen Krümmungsradius angeordnet sind, wobei der Krümmungsradius über einen Winkelbereich von mehr als 90° des Stirnzahnrads monoton ansteigt.
18. Getriebe nach Anspruch 17, wobei das Stirnzahnrad (1) gemäss Anspruch 1 und das Stirnzahnrad (9) gemäss Anspruch 17 dieselbe Anzahl Zähne und dieselbe Kurvenform aufweisen.
19. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei es ein Lenkgetriebe eines Fahrzeugs ist.
20. Getriebe nach Anspruch 19, wobei in einer Mittelstellung des Lenkgetriebes die Kurve in einem Berührungsbereich des Stirnzahnrads (1, 2) mit dem Zahngebilde (3, 4, 5, 7, 8) einen minimalen Krümmungsradius aufweist.
21. Getriebe nach Anspruch 20, wobei der Krümmungsradius (r) der Kurve ausgehend vom minimalen Krümmungsradius über einen Winkelbereich von mindestens 90°, insbesondere mindestens 180°, monoton ansteigt.
22. Getriebe nach einem der Ansprüche 19 oder 20, wobei in einer Mittelstellung des Lenkgetriebes der Abstand zwischen einer Drehachse (12) des Stirnzahnrads (1, 2) und einem Berührungsbereich des Stirnzahnrads (1, 2) mit dem Zahngebilde (3, 4, 5, 7, 8) minimal ist.
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