DE1941557A1

DE1941557A1 - Lenkgetriebe

Info

Publication number: DE1941557A1
Application number: DE19691941557
Authority: DE
Inventors: Dye Duane Kenneth
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1968-08-30
Filing date: 1969-08-12
Publication date: 1970-11-19
Also published as: DE1941557C3; DE1941557B2; US3505899A; GB1206919A

Description

Patentanwalt

Anv. K. Wslthef

1 BERUN 19

α Boüvaraliee 9 _y

Tel. 3044285 W/Vh-2536

12.8.69

General Motors Corporation, Detroit, Mich., Y,St.A.

lenkgetriebe

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenkgetriebe mit einer drehbaren Eingangswelle» die sich mit einem Schneckengewinde in ein zylindrisches Gehäuse erstreckt und mit einer Schraubennuten enthaltenden Buchse im Zylinder über Umlaufkugeln gekuppelt ist, um der Büchse bei einer Drehbewegung der Eingangswelle eine axiale Bewegung zu erteilen, und die Büchse mit einer Nut am Aussenumfang versehen ist, die mit einem ortsfesten Nocken zusammenarbeitet, wobei die Axialbewegung der Büchse über einen Zahntrieb die lenkstockwelle dreht.

Ein derartiges Lenkgetriebe ist durch die USA-Patentschrift 2 619 417 bekannt. Ein Nachteil der bekannten Bauart besteht darin, dass sie nicht als Hilfskraftlenkung

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ausgebildet werden kann. Ferner trägt die Büchse, die ausser der axialen Bewegung auch eine Verdrehbewegung ausführt, eines der Zannräder des Zahntriebs, der als Schneckengetriebe ausgebildet werden-muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Lenkgetriebe derart weiter auszubilden, dass zwischen der Eingangsbewegung und der Ausgangsbewegung des Lenkgetriebes eine festgelegte Abhängigkeit besteht, wobei ein Drehen des axial bewegten Teils um seine Achse verhindert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch

gelöst, dass die Büchse innerhalb eines in dem zylindrischen Gehäuse hin-und herbeweglichen Hilfskolbens zu diesem drehbar, aber axial festgelegt angeordnet ist und der Kolben den einen Teil des Zahntriebs zur Lenkstockwelle trägt.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist

vorgesehen, dass eine Nockenkugel in einer Ringnut der Eingangswelle eingreifend axial zu dieser festgelegt ist und in eine schraubenförmige Nut in eine: Verlängerung der Büchse eingreift.

Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen,= dass ein sich verjüngender Nockenbolzen in eine Ringnut der. Eingangswelle und Nockenflächen an einer Verlängerung der · Büchse eingreift und längs seiner Achse zu den NjDckenflachen mittels einer Einstelleinrichtung nachstellbar ist. - - >■

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Fach einem weiteren Merkmal der Erfindung

ist vorgesehen, dass der Zahntrieb zwischen dem Hilfskraftkolben und der Lenkstockwelle mit unterschiedlichem Teilkreis ausgebildet ist.

In der Zeichnung sind Aüsführungsbeispiele von Lenkgetrieben nach der Erfindung dargestellt. In der Zeichnung ist

Pig. 1 ein Längsschnitt durch ein Hilfskraftlenkgetriebe nach der Erfindung,

Pig. 2 ein Schnitt nach der Linie 2-2. in Pig. I,

Pig. 3 ein der Pig. 1 entsprechender Teillängsi schnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung,

Pig. 4 ein Schnitt nach der Linie 4-4 in Pig. 3 und Pig. 5 ein Schnitt nach der Linie 5-5 in. Pig. 3.

Das Lenkgetriebe 10 gemass Pig. 1 und 2 ist mit einem Steuerventil für die Hilfskraft versehen, das zur Achse des Lenkgetriebes ausgerichtet liegt. Das Lenkgetriebe 10 enthält einen ersten Gehäuseteil 12 für den Hilfskraftkolben und das Untersetzungsgetriebe und einen Gehäuseteil 14 für das hydraulische Steuerventil für·den Hilfskraftkolben. Der Hilfs~ kraftkolben 16 ist in einer im wesentlichen zylindrischen Bohrung 18 des Gehäuseteils 12 hin- und herbeweglich und in der Bohrung durch eine Dichtung 20 abgedichtet, so dass an

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seinen beiden Seiten abgedichtete Hilfekraftkammern gebildet sind. Der Hilfskraftkoiben 16 hat an seiner einen Seite eine aus mehreren Zähnen 22 gebildete Zahnstange, die mit einem Zahnsektor 24 kämmt,'welcher an einer Lenkstockwelle 26 gebildet ist. Die Lenkstockwelle 26 ist drehbar in dem Gehäuseteil 12 gelagert und' in üblicher Weise mit äem'Lenkgestänge der lenkbaren Fahräeugräder verbunden. Die Zähne 22 der Zahnstange und des ^:Zahnsektors 24 können mit unterschiedlichem Übersetzungsverhältnis ausgebildet werden, indem für die Zähne des Zahnsektors 24 unterschiedliche Teilkreise gewählt werden. Wie am besten die Pig. '4 der zweiten Ausführungsform zeigt, sind diese Zähne schräg ausgebildet und haben "eine ' beträchtliche* Breite, so dass die Lenkstockwelle den Hilfskraftkolben während seiner axialen'.Hin'- und Herbewegung im wesentlichen an einer gleichzeitigen Drehbewegung' hindert.

' ' .'■'"■ Auf der rechten Seite des Lenkgetriebes 10 ^; ist dieses über eine nachgiebige Kupplung 28 in üblicher Weise mit einer. Lenkwelle 30 über einen Aehssttimmel 32vei*bunden, der sich in das hydraulische Steuerventil 34 erstreckt. Das ' hydraulische Steuerventil 34 ist in bekannter Weise als Drehschieberventil ausgebildet, indem zwei nicht dargestellte kon~ zentrisehe Büchsen ^zueinander verdrehbar sind. Die innenliegehde Büchse ist mit dem Achsstummel 32 verbünden, während die

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aussenliegende Büchse 36 mit einer Lenkgetriebewelle 38 verbunden ist, die in dem Gehäuseteil14 drehbar, aber axial festlegt in Nadelkugellagern 40 gelagert ist.

Ein derartiges hydraulisches Steuerventil ist

beispielsweise in der brit. Patentschrift 1 142 087 beschrieben. Das hydraulische Steuerventil 34 hat Steuerbunde und Steuernuten an den Büchsen, die bei Relativdrehung zueinander aus einer mittleren Stellung bei Drehen der Lenkwelle 30 Druckflüssigkeit von einer Pumpe 42 wahlweise Kanälen 44 bzw. 46 zusteuern, die zu je einer der Hilfskraftkammemi im Gehäuseteil 12 führen, so dass der Hilfskraftkolben 16 einseitig beaufschlagt eine axiale Verlagerung erfährt, durch die die Lenkstockwelle 26 gedreht wird. Gleichzeitig wird der andere Kanal 46 bzw. 44 mit einer Rücklaufleitung 48 zu einem Sumpf -oder einem Vorratsbehälter für die Pumpe 42 abgeleitet, so dass die andere Hilfskraftkammer entlastet wird. Die beiden Büchsen des hydraulischen Steuerventils 34 sind nachgiebig, beispielsweise durch einen Torsionsstab zwischen dem Achsstummel 32 und der Lenkgetriebewelle 38, verbunden, so dass ein begrenzter toter Gang zwischen diesen Teilen gegeben ist. Die Relativbewegung zwischen den Büchsen ist durch geeignete Anschläge begrenzt, so dass nach einer bestimmten Winkelverdrehung zwischen dem Achsstummel 32 und der Lenkgetriebewelle 38 diese gemeinsam umlaufen.

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Die Lenkgetriebewelle 38 erstreckt sich durch eine zentrale Bohrung des Hilfskraftkolbens 16 und arbeitet mit einer konzentrisch zu ihr liegenden Mutter50 über Umlaufkugeln 56 zusammen. Die als Büchse ausgebildete Mutter 50 ist drehbar in einem erweiterten Teil der Bohrung des Hilfskraftkolbens 16 gelagert und durch an beiden Seiten vorgesehene Nadelrollenlager 52 abgestützt, die an einer Schulter des Hilfskraftkolbens 16 und an einer Abschlusskappe 54 gehalten sind. Die Abschlusskappe 54 ist in die Kolbenbohrung eingeschraubt und durch eine Spannmutter gesichert. Die Büchse 50 enthält wie die Lenkgetriebewelle 38 einen Schraubengang 39 konstanter Steigung zur Aufmahme der Umlaufkugeln 56, die als endlose Kette bei" einer Relativbewegung umlaufen, wie dies bekannt ist. Bei einer Drehbewegung der ienkgetriebewelle 38 in beiden Drehrichtungen bewegt sich die Büchse 50 und der Hilfskraftkolben 16 als Einheit innerhalb des Gehäuseteils 12- und bei Beaufschlagung der einen Seite des Hilfskrafttoibens infolge einer Drehbewegung der Lenkwelle 30 und der daraus folgenden Drehung der Lenkgetriebewelle 38 ergibt sich eine Hilfskraftlenkwirkung in bekannter Weise. Die Büchse 50 hat eine zylindrische Verlängerung 58, die sich durch dieBohrung des Hilfskraftkolbens 16 erstreckt und enthält eine schrauben-.förmige Nut 60 (Pig. 2). Unmittelbar unterhalb dieser Nut be-

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findet"''sich in der Bohrung des Hilfskraftkolbens 16 eine
Längsnut 62 (Fig. l). Die Lenkgetriebewelle What eine' Ringnut 64, die senkrecht zur Achse der Lenkgetriebewelle liegt. Eine Nockenkugel 66 ist' in der Ringnut 64 nohh beiden Seiten abgestützt und passt genau in die Hut 60. Die Iiängsnut 62
verhindert Bewegungen der Nockenkugel quer zur Lenkgetriebewelle 38 (Pig. 2), während die Ringnut 64 eine Bewegung in
Achsrichtung der Lenkgetriebewelle verhindert.

Durch diese Anordnung wird das Verhältnis zwischen der Eingangsbewegung und der Ausgangsbewegung des Lenkgetriebes veränderlich besti#mt. In der G-eradeausfahrtstellung der Fahr- * zeugräder, in der sich das Lenkgetriebe In der Mittellage befindet, liegt, auch die Nockenkugel 66 in der Mitte der Hut Die Nut 60'hat eine vorgegebene'Schraubenform, um eine bestimmte -Ubersetasungsandennng zu bewirken, so dass-die Büchse 5& um die-'Achse der Lenkgetriebewelle 38 bei der gemeinsamen Axialbewegung -mit dem-Hilfskraftkolben 16 zu letzterem eine
Belativdrehung -ausführt, die je nach dem Abstand von der-Mittellage unterschiedlich -gross ist. Die über die Lenkwelle eingegebene Drehbewegung^ wird, somit durch die Schraubengänge zwischen, der Lenkgetriebewelle und der-Büchse 5U in eine
lineare. Bewegung umgewandselt und mittels der_;Nockenkugel und des; Schlitzes 60. moduliert,> Im· Aus.führungsbe_f.ispiel istuder

Schlitz 60 beispielsweise so ausgebildet, dass sich^lmit ■ zunehmender Abweichung von der· Mittellage ein kleineres ^ Übersetzungsverhältnis, gegenüber dem bei Grerädeausfahrtstellung des Lenkgetriebes ergibt. Bei grösstem Ausschlag der lenk- · baren Fahrzeugräder ergibt sich dann das kleinste Übersetzungsverhältnis. Bei einem Rechtseinschlag der Räder.'ergibt sich eine lineare Verlagerung der Büchse 50 nach rechts; in Fig.'2, wodurch auch der Schlitz 60 nach rechts bewegt wird und die Büchse 50 durch die Keilwirkung an der Nockenkügel^66 zugleich eine Relativdrehung zur Lenkgetriebewelle; 38 im gleichen Drehsinn erhält, so. dass die Büchse 50 auf der rechtsgängigen ■ ' Schraubennut der .Lenkgetriebewelle 38 einen geringeren linearen Weg zurücklegt als.dies durch die Sehraubengänge allein bewirkt ist. Auf diese Art wird sozusagen die Steigung des Schraubenganges. ,39 verringert. Insgesamt führt dies zu einer geringeren linearen'Verlagerung der Büchse 50 und des Hilfskraftkolbens 16 bei einer gleichen Drehbewegung der Lenkgetriebewelle 38* wo- · durch sich eine entsprechende Änderung des Übersetzungsver^ ^f;-i hältnisses zur Lenkstockwelle 26 ergibt. ■ ■■ >' i; -^ - ■··■>/-_i:-_:;;. Die ,Formgebung der Nut kann, selbstverständlich so- _t gewählt' werden, dass ein sich konstant änderndes Übärsetzungs-!· verhältnis, erreicht; wird oder ein sich unterschiedlich änderndes #bersetziwigs^ wir_;d. 4iird in irgendeinem .TeiX.des, ^Verlatifs, die Nut«.6,0rpa|3aJUIe^L zu^-AiChSie.i^e^^Lerikgetrieb^ welle 38 ausgebildet, so entsp±ioht in diesem Falle die Über-

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Setzung derjenigen, die durch die Steigung der Schraubennut 39 an der Lenkgetriebewelle 38 gegeben ist, da in diesem Falle keine Keilwirkung der Nockenkugel 66 eintritt. In Pig. 2 trifft dies für den Teil 60b der Nut 60 zu ,in welcher Stellung sich die lenkbaten Fahrzeugräder in grösster Einschlagstellung befinden. Bei der anfänglichen Rückbewegung ,zur Mittelstellung kann die Nockenkugel 66 zunächst e'ine Relativdrehung der Büchse 50 zum Hilfskraftkolben 16 bewirken, die erst in dem schräg zur Achse liegenden Teil 60a der Nut 60 eintritt. Diese Änderung des Übersetzungsverhältnisses erfolgt entsprechend der Formgebung des Teiles 60a der Nut 60. Das .Übersetzungsverhältnis ändert sich von einem Kleinstwert bei vollem Einschlag der lenkbaren Räder fortschreitend zu einem Höchstwert in der Mittelstellung, wie sie in Fig. 2 darge- \ stellt ist. Bei einem linkseinschlag der lenkbaren Fahrzeugräder ergeben sich gleiche Verhältnisse auf dem anderen Zweig des Schlitzes 60, der bei vollem Einschlag der lenkbaren Räder einen konstant gehaltenen Kleinwert infolge des axial ausgerichteten Schlitzteils 60b¹ bedingt. Befindet sich die Nockenkugel 66 im Bereich des Schlitzteils 60a^r, so erfolgt eine kontinuierliche Änderung des Übersetzungsverhältnisses. ; In den Fig. 3 bis 5 ist eine abgewandelte Bau- | form eines Lenkgetriebes nach der Erfindung dargestellt, die j im grundsätzlichen Aufbau sehr ähnlich ist, so dass für gleiche ·

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Teile gleiche Bezugszeichen verwendet sind. Unterschiedlich ist jedoch,dassanstelle der Nockenkugel 66 und den zugeordneten Nuten ein verjüngter Nockenstift.70 vorgesehen ist', der an beiden Enden drehbar in Büchsen in dem Gehäuseteil 14 des Lenkgetriebes 10 (Fig. 4) gelagert ist. Zwischen den im Gehäuse gelagerten Enden befindet sich ein kegelstumpfförmiger verjüngter Teil 72, der sich durch einen verbreiterten axialen Schlitz 74 im Hilfskraftkolben 16 erstreckt, so dass der Nockenteil 72 fest mit einer entsprechend geformten ringförmigen !Tut 76 in der Lenkgetriebe-Eingangswelle 38 ruht, ähnlich wie dies bei der ersten Ausführungsform der Pail ist. Beiderseits der Berührungsstelle mit der Hut 76 liegt die Nockenfläche 72 gegen Nockenführungen 78 an der Verlängerung 58 der Büchse 50 an, die durch Schleifen nach einer Sehne des Querschnitts unter Durchbruch der Wand gebildet sind. Hierdurch wird ein Schlitz kurvenförmiger Gestalt gebildet, wie er in Pig. 5 dargestellt ist. Diese Flächen 78 haben ebenfalls im wesentlichen schraubenlinige Form einer bestimmten •Steigung, um eine gewünschte veränderliche Drehbewegung der Büchse 50 zum Hilfskraftkolben 16 zu erhalten, wodurch eine gewünschte veränderliche Übersetzung zur Lenkstockwelle erzielt wird, wenn eine Bewegung von der neutralen Mittellage zu den Endlagen erfolgt. Um einen genauen festen Eingriff zwischen dem Nockenbolzen 70 und den Flächen 78 zur erhalten, wird der Nockenbolzen 70 vorteilhaft unter'Kegelwirkung in der Ringnut

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und gegen die Flächen 78 gehalten, indem eine Axialverlagerung durch eine mit Vorspannung eingesetzte Stellschraube 80 bewirkt wird. Die Schraube 80 ist in den Gehäuseteil 14 eingeschraubt und wirfefc gegen die eine Stirnfläche des Nockenzapfens 70. Bei eintretendem Abrieb an den Nockenflächen kann durch Nachstellen der Schraube 80 die genaue Zusammenarbeit der Flächen wieder hergestellt werden.

Durch die Erfindung können zahlreiche Verlaufe+ von veränderlichen Übersetzungsverhältnissen geschaffen werden, beispielsweise ein zunehmendes Übersetzungsverhältnis, das bei allein handbetätigten Lenkungen zweckmässig sein kann. In diesem Falle hat die Nut 60 oder die Flächen 78 eine entgegengesetzte Steigung, so dass die Büchse 50 in diesem Falle gegenüber der lenkgetriebewelle' 38 eine entgegengesetzte Bewegung ausführt und eine grössere lineare Verstellung der

Büchse und' des Hilfskraftkolbens 16 bei gleicher Drehbewegung der lenkgetriebewelle 28 eintritt. Es ergibt sich dann eine Änderung von einem kleinen Übersetzungsverhältnis in der Mittellage zu einem grossen Übersetzungsverhältnis in den Endsteilungen des Einschlags der lenkbaren Fahrzeugräder.

Hn abgewandelter Weise können veränderliche Übersetzungsverhältnisse auciti so erreicht werden, dass in der" Mittelstellung ein Übersetzungsverhältnis'^^en^spfedh^{end"der Steigung deö Schraubenganges 39 an' der ^enkgetriebewe'if^^S ' in ist und¹ durch die Formgebung des Schlitzes '60 öder"'¹"''^

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der Flächen 78 abgewandelt wird, um ein ztinehmencles oder abnehmendes Übersetzungsverhältnis bei eier Bewegung in die G-renzstfeliUngen zu erhalten* F_erner kann feine sich ändernde IJber set zing auch in den Zahntrieb zwischen Hilfskräftkolben und lenkistöckwelle 26 gelegt werden, indem für die Zähne des Zähnsektörs 2'i verschiedene ieilkreisrädien gewählt werden. Hierdurch kann' die Änderung des Übersetzungsverhältnisses, dais 'durch die Büchse 50 bewirkt wird, ergänzt werden» Die Zähne des Zähnsektörs 24 und der mit diesen kämmenden Zähne 22 der Zahnstange müssen dann bei zunehmendem Übersetzungsverhältnis von der itittelstellühg ausgehend Wie in der Zeichnung dargestellt ausgebildet werd'ehi Eine entgegengesetzt · vorgenommene iLusbffiläuhg der Zähne würde ein abnehmendes Übersetzungsverhältnis von d'er Mittelstellung ausgehend bewirken'.

Bie Werte bei einer praktisch öurdhgeführtfen lüsführüngsförm sind in üer nachstehenden Tabelle angeführty wobei die Steigühg der Nut 39 in' der ienkgetriebewelle 38 annähernd 17^5 mm beträgt und der Teilkreisrääius für die Zähne d'es ZähnsektOrs 24 den konstanten T/fert von annähernd 33>3 min äüfweisti

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Tabelle.

Winkelab- v/eichung der Lenkwelle 30 von der Mittellage	Winkelver lagerung der Büchse 50	Lineare Verlagerung der Büchse 50 und des Hilfskraft- kolbens 16 von der Mit tellage in mm	Winkelver lagerung der lenk- stockwelle 26 von der Mittelstel lung	Über- setzungs verhält nis
0°	0°	0	0°	18.00
15	5	0.509 '	.833	18.00
30	10	0.973	1.677	17.99
45	15	1.463	2.511	17.80
60	19.7	1.956	3.355	17.24
75	24 .	2,477	4.25	16.36
90	27.7	3.031	5.197	15.48
105	30.7	3.607	6.17	14.70
120	33.2 .	4.204	7.21	14.10
135	35.2	5.826	8.29	13.63
150	36.8	5.456	9.41	13.24
165	38.03	6.162	10.568	12.9
180	38.91	6,853	11.755	12.59
195	39.46	7,557	12.96	12.32
210	39.73	8,280	14.2	12.13
225	39.81	•8,992	15.44	12.02
232	39.82	9,322	16.0	12.00
240	39.82	9,703	16.67	12.00
300 ._;	>39.82 ■	12.624	21.67	12.00
360	39.82	15.799	26.67	13.00
420	39.82	18.440	31.67	12.00
480	39.82	21.351	36.67	12.00 j
540	39.82	24.257	41.67	12.00 !
600	39.82	27.178	46.67	12.00 i

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Claims

Patentansprüche

ij Lenkgetriebe mit einer drehbaren Eingangs welle, die sich mit einem Schneckengewinde in ein zylindrisches Gehäuse erstreckt und mit einer Schraubennuten enthaltenden Büchse im Zylinder über TMLaofkugeln gekuppelt ist, um der Büchse bei einer Drehbewegung der Eingangswelle eine axiale Bewegung zu erteilen, und die Büchse mit einer NuJr am Aussenumfang versehen ist, die mit einem ortsfesten Nocken zusammenarbeitet, wobei die Axialbewegung der Büchse über einen Zahntrieb die Lenkstockwelle dreht, dadurch gekennzeichnet, dass die Büchse (50,58) innerhalb eines in dem zylindrischen Gehäuse (12) hin- und herbeweglichen, Hilfskraftkolben (16) zu diesem drehbar, aber axial festgelegt angeordnet ist und der Kolben den einen Teil (22) des Zahntriebs (22,24) zur Lenkstockwelle (26) trägt.
2. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fockeakugel (66) in einey Ringnut

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(64) der Eingangswelle (38) eingreifend axial zu dieser

festgelegt ist und in eine schraubenförmige Nut (60) in eineY Verlängerung (58) der Büchse (50) eingreift.

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3* lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass ein sieh verjüngender Nockenbolzen (7O>72) in eine Eingnut(lT6) der Eingängswelle (38) und Foekenflachen (78) an einer Verlängerung (58) der Büchse (50) eangreift und längs seiner Achse zu den Nockenflachen Mttels einer Einstelleinrichtung (80) nachstellbar ist.

4» üenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahntrieb (22,24) Kwisehen dem Hilfskraftkolben (16) und der lenkstockwelie (26) aiit untersehIedlichem Teilkreis ausgebildet ist.

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