DE2237421C2 - Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge mit veränderlicher Übersetzung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der US-PS 2159225 sind Kugelmutterumlauf-Lenkgetriebe der beschriebenen Art bekannt. Die Segmentverzahnung besteht dort aus zwei Abschnitten mit kreisförmigen Bezugslinien, deren Mittelpunkt jeweils seitlich neben der Achse der Lenkwelle liegen. Eine solche, aus zwei Luppen bestehende Segmentverzuhnung ist nur mit Sonderwerkzeugen herstellbar.

Bei Lenkgetrieben für Kraftfahrzeuge ist es bekannt, zur Erzielung eines Druckpunktbereiches in der Geradeausfahrtstellung des Getriebes den Mittelpunkt der kreisförmigen Bezugslinie der Segmentverzahnung außerhalb der Lenkwellenachse in Richtung zur Lenkmutter hin versetzt anzuordnen (DE-AS 1125297).

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Lenkgetriebes mit über den Ausschlag variabler Übersetzung, dessen Verzahnung mit normalen Werkzeugen im Wälzverfahren herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird bei Einrichtungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die in dessen kennzeichnendem Teil angegebenen Merkmale gelöst.

Von den bekannten I.enkgetrieben unterscheidet sich ein Lenkgetriebe nach der Erfindung dadurch vorteilhaft, daß die Verzahnungen beider Getriebeteile auf gewöhnlichen Verzahungsmaschinen ohne zusätzliche Einrichtungen herstellbar sind, wobei sich allein durch die gewählte Form der Verzahnung (z. B. konvex., konkav) die Lage des Drehpunktes der Segmentverzahnung in bezug auf die Verzahnungsmittelpunkte und die Größe der Radien der Bezugskreise beider Verzahnungen eine sich über den Ausschlagbereich kontinuierlich ändernde

Übersetzung und ein von der Mittelstellung zu den Ausschlagstellungen hin zunehmendes Flankenspiel ergibt. Letzteres Merkmal ermöglicht ein Nachstellen des Getriebes bei Abnützung durch axiales Verschieben eines der beiden Getriebeteile, ohne daß ein Klemmen an den weniger abgenützten, in den Ausschlagstellungen zur Wirkung kommenden Flankenteilen eintritt.

In einer Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 2 sind beideOetriebeteile mit einer Außenverzahnung versehen. Die Übersetzung und das Flankenspiel eines solchen Getriebes nehmen aus der Mittelstellung zu den Ausschlagstellungen hin kontinuierlich zu, ein solcher Verlauf des Übersetzungsverhältnisses über den Lenkbereich ist für manuelle Lenkungen geeignet, bei welchen die Lenkkräfte mit zunehmendem Lenkaus schlag zunehmen.

In einer weiteren Ausführungsform eines Getriebes nach Anspruch 3 mit zu den Ausschlagstellungen hin kontinuierlich zunehmender Übersetzung ist das geradlinig bewegliche Getriebeteil außenverzahnt, das drehbare Getriebeteil innen- bzw. im Grea'faü als Zahnstange verzahnt. Der in Mittelstellung des Getriebes vorhandene Wälzpunkt C₀ liegt zwischen dem Mittelpunkt der Kugelumlaufmutter-Verzahnung und dem Drehpunkt der Lenkwellenverzahnung.

Eine weitere Ausführungsform eines Getriebes nach Anspruch 4, mit zu den Ausschlagstellungen hin kontinuierlich abnehmender Übersetzung, weist eine Kugelmutter mit innenverzahnter Zahnstange und eine mit einem außenverzahnten Segment versehene Lenkslock welle auf, deren Drehpunkt zwischen den Verzahnungs mittelpunkten von Zahnstange und Segment liegt. Die sich hierdurch ergebende Lenkcharakteristik mit zu den Endausschlägen hin abnehmender Übersetzung kann z. B. bei Hydrolenkungen vorteilhaft sein.

In einer Ausfuhrungsform der Erfindung nach Anspruch 5 ist die Segmentverzahnung in an sich bekannter Weise als kegelige Stirnverzahnung hergestellt und die Lenkwelle ist zur Einstellung und Nachstellung des Zahnspiels in an sich bekannter Weise axial einstellbar.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt schematisch ein aus einer Kugelumlaufmutter mit gerader Zahnstange und einem Zehnsegment bestehendes Lenkgetriebe bisheriger Ausführung mit gleichbleibender Übersetzung.

Fig. la und Ib zeigen die zugehörigen Diagramme des Verlaufes von Wälzradius (proportional dem Über-

Setzungsverhältnis) und Flankenspiel für verschiedene Leakausschläge.

Fig. 2 zeigt schematisch ein Lenkgetriebe nach der Erfindung mit außen verzahnter Zahnstange und konvex verzahntem Segment in Mittelstellung.

Fig. 2a und 2b zeigen Schaubilder des Verlaufes von Wälzradii« und Flankenspicl bei Drehbarkeit des Segmentes um Puakt M₁.

Fig. 2c und 2d zeigen entsprechende Schaubilder bei Drehbarkeit des Segmentes um Punkt M_n.

Fi g. 3 zeigt ein Lenkgetriebe im Längsschnitt mit einer Verzahnung nach Fig. 2 in einer Ausschlagstellung.

Fig. 4 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer innen verzahnten Zahnstange mit den dazu gehörigen Diagrammen in Fig. 4a und 4 b.

Fig. 4c und 4d zeigen das Übersetzungs- und das Flankenspieldiagramm einer nicht ausführbaren Verzahnung nach Fig. 4 mit Segmentdrehpunkt M₁.

In Fig. 2 bis 6 sinü verschiedene Anordnungen von Lenkgetrieben nach der Erfindung dargestellt, mit denen eins über den Ausschlagbereich kontinuierlich veränüi ■i;he iTtvrrcetzung / mittels kreisbogenförmiger Verzahr.· ."igen au Lenkmutter und Lenksegment erreicht wer- d·?·} .V-inn. Die Übersetzung / ergibt sich dann aus

R-,

io

wobei R₂ der jeweilige momentane Wälzradius, d. h. der Abstand des momentanen Wälzpunktes C vom Drehpunkt M ist.

Es sind im Prinzip folgende Möglichkeiten gegeben, das Übersetzungsverhalten zu ändern:

1. Ausbildung der Lenkmutterverzahnung (1) als außen- oder innen verzahntes Stirnrad;

2. Ausbildung der Lenkwellenverzahnung (2) zh au-F i g. 5 zeigt die gleiche Verzahnung wie F i g. 4 in einer 20 Ben- oder ^:jinenverzahntes Stirnrad;

Ausschlagstellung. 3. Lage des Drehpunktes M der .-enkweile oberhalb

Fig. ö zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem innen- oder unterhalb des Verzahnungsmiuejpi:-nktes (Af₂J der verzahnten Segment. Lenkwelle wählen. Dabei wird die Übersetzung in der

Fig. 6a und 6b zeigen die Diagramme der Überset- Mittelstellung des Lenkgetriebes (Anfangsübersetzung zung und des Flankenspiels einer Verzahnung nach 25 /„) durch die Größe des Radius R₁₀ bestimmt. Fig. 6 bei Drehbarkeit des Segmentes um den Punkt M₁₁. Mit diesen Konstruktionen können bei üblichen

Kraftfahrzeuglenkungen Endübersetzungen ungefähr bis 30 % größer oder kleiner als die Anfangsübersetzung und Flankenspiele bei einem maximalen Ausschlagwinkel φ =45° von etwa 0,2 mm erzielt werden. Dies kontinuierlich größer werdende Flankenspiel ergibt sich durch die Veränderung des Betriebseingriffswinkels α b?w. des Achsabstandes α bei jedem Drehwinkel φ.

Bei einem Lenkgetriebe gemäß Fig. 1 mit konstanter

Stellungen verursachten toten Gang der Kugelumlauf- 35 Übersetzung behält der Wälzpunkt C₀ die gezeichnete mutter zu vermeiden, wird die Kugelumlaufmutter bei Lage auf dem Schnittpunkt der EingrifTsgeraden E_R (für

die rechten Flanken der Segmentverzahnung) bzw. E_L (für die linken Flanken der Segmentverzahnung) mit der

Fig. 7 und 8 zeigen die Verzahnungsgeometrie einer Lenkung nach Fig. 2 in der Nullstellung und in einer Ausschlagstellung.

Allgemeine Zeichnungsbeschreibung Um einen durch das Flankenspiel in den Ausschlag-

Verzahnungsachse OM bei. Daher ist auch die Länge des

ihrer Längsbewegung in an sich bekannter Weise drehfrei geführt.

In Fig. 1 wird die Verzahnung für ein Lenkgetriebe

von bisher bekannter Ausführung mit konstanter Über- 40 Radius Λ_2ο (Betriebswälzkreisradius) und damft die Setzung gezeigt. Teil 1 ist eine Lenkmutter mit geradver- Übersetzung konstant. Auch die Neigungswinkel -Ha₀

(Beiriebseingriffswinkel) der EingrifTsgeraden E_R und — ot₀ der Eingriffsgeraden E_L sind in allen Eingriffsstellungen des Getriebes konstant. Der Radius R.. als Maß

zeigt das Flankenspiel null als eine mit der φ-Achse gleichlaufende Gerade.

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung. Die Lenkmutter ist mit einer Außenverzahnung mit kreisförmiger Bezugslinie vom Radius /·„, versehen. Der Mittelpunkt der Veizahnung ist Af₁₀. Das Lenksegmsnt jrhält ebenfalls eine Außenverz.ibnung mit kreis-

zahnter Zahnstange und Teil 2 ein außenverzahntes Lenksegment, welches in die Zahnstange eingreift und um den Drehpunkt M der Segmentverzahnung drehbar

gelagert ist. In derfolgenden Beschreibung ist der Mittel- 45 für die Übersetzung wird daher in Fig. 1 a als eine zur punkt der Segmentverzahnung mit h⁴ _lo bezeichnet. Der Abszissenachse parallele Gerade dargestellt. Fig. Ib Index 2 bezieht sich dabei auf die Bezeichnung »2« für - - — -

den Segmentteil bzw. Lenkstockwelle 2 des Lenkgetriebes. Der Index »0« bezieht sich auf die Mittelstellung des Lenkgetriebes. Bei dem Getriebe nach Fig. 1 stimmen also Drehpunkt M und Verzahnungsmittelpunkt M₂₀ des Segmentes überein.

Da Segment und Zahnstange endliche Dicke aufweisen, sind M und M₂₀ Achsen. In der folgenden Beschrei-

bung werden sie jedoch als Punkte bezeichnet. Bei kegelig 55 förmiger Bezugslinie. Der Verzahnungsradius ist r_ol, der verzahntem Segment erstreckt sich die Betrachtung dtr Verzahnungsmittclpunkt in der dargestellten Mittelstel-Verzahnungseigenschaften auf die zur Verzahnungsach- lung ist M_2o. Der Wälzpunkt in der Mittelstellung ist C₀, se senkrechte mittlere Ebene zwischen den beiden Stirn- der dazugehörige Betriebseingriffswinkel a₀. Der Dreh^benenpunkt der Ler.kwelle kann oberhalb (Af,) oder unterhalb

Die strichpunktierte Linie durch »O« in Fig. 1 ist die 60 [M_n) des Verzahnungsnvttelpunktes Af₂₀ liegen. Der für Lenkspindelachse. Es ist C₀ der Wälzpunkt beider Ver- die Änfangsübersetzung /„ maßgebende wirksame Radius ist R_lol bzw. R_l0„. Der Abstand zwiichen dem Verzahnungsmittelpunkt Af,„ und dem Drehpunkt der Lenkwelle ist die Exzentrizität e. Es ist a_ö der Abstand der 65 beiden Verzahnungs-n.Uelpunkte Af₁₀ und M₂₀ in der Mittelstellung. Der konstante Abstand von M_n, und item Drehpunkt der Lenkwelle M₁ bzw. Af,, wird ·ηί! »b« bezeichnet Ib, bzw. b,,).

zahnungen. Der Abstand zwischen dem Wälzpunkt und dem Drehpunkt M ist der Wälzradius Λ_2ο. Dieser bestimmt /-usammen mit der Steigung /ι der Lenkspindel die Übersetzung i„ des Getriebes in der Mittelstellung

Für den Drehpunkt M, gilt

für den Drehpunkt M_n

Fig. 3 zeigt das gleiche Lenkgetriebe wie Fig. 2 in einer Ausschlagstellung, in welcher die Lenkmutter 1 um den Weg ν nach rechts verschoben und die Lenkwelle um die Achse M und den Winkel φ gedreht ist. Die Verschiebung ν wird von der Linie M_laM gerechnet. Es sind r_e, und r,₂ die Radien der Verzahnungsgrundkreise von Lenkmutter und Lenkwelle.

Der Verlauf der Übersetzung i über dem Lenkausschlag φ ist durch die jeweilige Lage des Wälzpunktes C bestimmt. Die Lage des Wälzpunktes unterliegt folgenden Bedingungen, die in jedem Zeitpunkt der Eingriffsbewegung erfüllt sein müssen:

1. Im Wälzpunkt sind die Geschwindigkeiten der bei-

Hpn «sirh hpu/popndpn ΓΊρΙ riphptpilp narh CjrnRe und R irh- TO

tung gleich;

2. Die Flankennormalen im Berührungspunkt (Einen ffsgeraden) gehen durch den Wälzpunkt.

Die Richtung der Geschwindigkeit der Lenkmutter verläuft stets parallel zur Lenkspindelachse und die des Segments in Umfangsrichtung. Da die Geschwindigkeiten nur auf der Linie /W,„,V/(Fig. 2) die gleiche Richtung haben können, liegt der Wälzpunkt nach Bedingung 1. stets auf der Linie M_XoM. Die Flankennormale ist stets gleich der gemeinsamen Grundkreistangente, das heißt der Wälzpunkt ist der Schnittpunkt der Geraden M,„M mit der Grundkreistangente. Der wirksame für die momentane Übersetzung /maßgebende Wälzradius ist dann R₂ = MC, das heißt gleich dem Abstand des momentanen Wälzpunkles vom Drehpunkt der Lenkwelle.

Während sich die beiden Eingriffsgeraden E_R und E₁ (Fig. 2) in der Mittelstellung im gemeinsamen Wälzpunkt C₀ schneiden, ergeben sich in der Ausschlagstellung (Fig. 3) zwei Wälzpunkie. und zwar C für den Eingriff mit den linken Flanken der Segmentzähne bei einer Rechtslenkung, und C für die rechten Flanken bei der Rückstellbewegung mit treibender Zahnstange Bei der Ausschlagbewegung aus der Mittelstellung nach links wird die rechte Segmentflanke angetrieben. Die Entfernung MC bleibt gleich. Für die Größe der Übersetzung bei einer Lenkausschlagbewegung nach beiden Seiten ist daher jeweils der Abstand MC maßgebend. Treibt die Verzahnung 1 das Segment aus der gezeichneten Stellung nach links bzw. rechts in die Mittelstellung zurück, ist der jeweilige Abstand MC für die Übersetzung maßgebend. Es ergibt sich also für die Ausschlag- und die Rückstellbewegung der treibenden Lenkmutterverzahnung ein unterschiedlicher Verlauf der Übersetzung. Im folgenden wird das Übersetzungsverhalten jeweils nur für den momentanen Wälzpunkt C (Fig. 3) betrachtet. Da die Rückstellbewegung im wesentlichen ohne Kraftaufwand vor sich geht, kann das unterschiedliche Übersetzungsverhalten bei der Rückstellbewegung von Lenkgetrieben nach der Erfindung unberücksichtigt bleiben.

Fig. 2a und 2b zeigen Diagramme des Verlaufes von Wälzradius und Fiankenspiel für einen oberhalb des Verzahnungsmittelpunktes liegenden Drehpunkt M₁ des Getriebes nach Fig. 2 für wachsende Ausschlagwinkel φ. Wälzradius (Übersetzung t) und Flankenspiel s steigen kontinuierlich an. Die entsprechenden Diagramme nach Fig. 2c und 2d gelten für einen Drehpunkt M_n unterhalb des Verzahnungsmittelpunktes. Der Anstieg der Übersetzungskurve ist weniger steil. Die Kurve des Flankenspiels ist steller. Entsprechend dem größeren wirksamen Radius M₁, C₀ ist die Anfangsübersetzung i, bei φ₀ — 0 in Fig. 2c größer als in Fig. 2a.

Fig. 4 zeigt ein Lenkgetriebe mit bei steigendem Ausschlagwinkel φ kontinuierlich abnehmender Übersetzung. Die Lenkmutter 1 hat eine Innenverzahnung. Das Segment ist ebenso wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und 3 außen verzahnt. Als Drehpunkte des Segments sind die Punkte M₁ und M_n angenommen. Die Figuren 4 a und 4c zeigen fallende Tendenz der Übersetzung und Fig. 4b, wie bei allen Ausführungsformen der Erfindung, ein mit dem Ausschlagwinkel φ steigendes Flankenspiel. Die gezeichnete Kombination zweier Getriebeteile mit außen liegendem Drehpunkt M_n des Segments ergibt also ein brauchbares Getriebe. Das Flankenspiel gemäß Fig. 4d für ein Getriebe mit innen hegendem Drehpunkt M₁ wird negativ. Das Getriebe nach Fig. 4 mit innen beiliegendem Drehpunkt M₁ ist also unbrauchbar.

Fig. 5 stellt das Getriebe gemäß Fie. 4 in einer Ausschlagstellung dar, in welcher das Lenksegment 2 um einen Winkel φ mit dem Drehpunkt M_n im Uhrzeigersinn gedreht ist. Die Lenkmutter 2 ist um den Betrag r aus der Mittelstellung nach rechts verschoben. Die gemeinsame Tangente E₁ (Eingriffsgerade der linken Segmentflanken) an die Grundkreise mit Radius r,_x und r_al schneidet die Gerade M₁₀M_n im momentanen Wälzpunkt C₁. Die Strecke C₁ M_n ist der wirksame Radius R₁ des Segments. Bei der entgegengesetzten Ausschlagbewegung der Lenkmutter aus der Mittelstellung nach links treten die Rechtsflanken des Segments in Eingriff mit der Lenkmutterverzahnung Es ergeben s'ch dabei die momentanen Wälzpunkte C (nicht dargestellt), die sich mit den entsprechenden Wälzpunkten C bei der Ausschlagbewegung nach rechts decken. Man erhält also bei Lenkausschlägen aus der Mittelstellung nach r?cbts oder ><.id\ links den gleichen Vc/huf de: Übersetzung.

Ein Getriebe gemäß Fig. 6 mit außen verzahnter Lenkmutter 1 und innen verzahntem Segment 2 ergibt gemäß den Diagrammen Fig. 6a und 6beine brauchbare Lösung für ein Lenkgetriebe mit von der Mittelstellung an größer werdender Übersetzung, wenn der Drehpunkt M außerhalb der beiden Verzahnungsmittelpunkte M₁₀ und M_lo liegt. Ein innerhalb dieser Punkte liegender Drehpunkt ergibt keine brauchbare Lösung.

Als Grenzfail ist ai."'Ch eine Verzahnung in Form einer geraden Zahnstange {nicht dargestellt) brauchbar. Bei einer solchen strebt r_ol -» χ (Fig. 6).

Fig. 7 und 8 zeigen die Verzahnungs-Geometrie eines Getriebes gemäß Fig. 2 und 3 für die Mittelstellung (Fig. 7) und eine Ausschlagstellung (Fig. 8). Es ist r,, der Radius des Grundkreises der Lenkmutterverz.. ,inung mit dem Verzahnungsmittelpunkt M_lo. Die Segmentverzahnung hat den Grundkreis mit Radius r_§2 und den Mittelpunkt M_2c (Fig. 7). Die gemeinsame Flankennormale für die Linksflanken des Segments berührt die beiden Grundkreise in den Punkten N_io und N₂,,- Sie bildet den Winkel — u mit der waagerechten Achse. Die entsprechende Flankennormale für die Rechtsflanken bildet mit der waagerechten Achse den Winkel + a. Beide Flankennormalen schneiden sich im Wälzpunkt C₀. der auf der Geraden M₁₀M₂₀ liegt. Der Winkel α bzw. -aistder Betriebseingriffswinkel der Verzahnung in ihrer Mittelstellung. Den gleichen Winkel α mit der Geraden M_lo M_2o bilden die Radien r_gl und r_j2, welche durch die Berührungspunkte iV_ltF und N_2o gehen.

Entsprechend bilden die beiden anderen Grundkreisradien durch die nicht bezeichneten Berührungspunkte

der Flankennormale für die Rechtsflanken den Winkel Entsprechend folgt aus Fig. 4 und 5:

+ a mit der Geraden M_loM_u.

Berechnung der momentanen Verzahnungsdaten ⁵ Die drei Gleichungen (I) bis (3) bzw. (la) bis (.la)

_..,.„. , „ , enthalten 4 Unbekannte: N,N₁, α, φ, ν. Gesucht ist eine

Die folgenden Betrachtungen und Berechnungen gel- Beziehung v = v

.en Tür Lenkausschläge in beiden Richtungen bei treiben- _{Aus (3) und (}^_{Ml durch E}|_irni_{nieren von} ;V, /V₂ eine

der Zahnstange. Durch Vorzeichenanderungen erhalt implizite Funktion α = «,,,:

man die entsprechenden Verzahnungsdaten für die io ^v

Rückstellbewegung aus beiden Lenkungsstellungen, {h + e) sin a_o + r,, (α-et,)-r_9l((p + ct₀ -α)

ebenfalls bei treibender Zahnstange. e cos ψ + h

Der Abstand zwischen C_n und "Drehpunkt M ist der ^+(r*i ^{+ r}·^ ^cut *~~ "" ~_sjn~ ^{= 0 (4)}

wirksame Radius R₂„. welcher die Anfangsübersetzung/„

bestimmt. Die Berechnung der Übersetzung wird weiter 15 Aus (3a) und (la) folgt:

""»en angegeben. (h + e) sin a.-r„ (α,- a) + r,₂(_V + a.-a)

Bei Verschiebung der Lenkmutter um den Weg r ,

(Fig. S) dreht sich das Lenksegment um den Winkel φ. +(^₉1 ~^r,i) ^{cot α} ^ ⁼ " (4 a)

Die T.!i)i!entcn-Berühningspunkle ;V,„ und Λ'_2β verla- ^{sln α}

gern sich nach /V₁ bzw. ,V₂. Es ergeben sich die Betriebs- 20 p_Ur gegebene Werte von r_Jt. r,₂, e, h und a„ ist Gl. (4)

eingriffswinke! 5t„ bzw. a, und zwei verschiedene Wälz- bzw. (4 a) für jedes φ durch Näherungsverfahren nach α

punkte fund C" (Momenlan/cnlren der Wälzbewegung) aufzulösen.

für Rechts- und Linkslfanken. Demzufolge sind auch Aus (2) und (3) folgt für den Verschiebeweg r =!·,„,,: zwei verschiedene wirksame Radien R₂ und PJ₂ vorhanden, welche die jeweilige Übersetzung für die Lenkungs- 25 _{r =} Jj±liIil. ^{ec0 S(p+} fsiny (5)

und die Rückstellbewegung bestimmen. Dabei ist R₁ ^s'^{n α tan α}

= CM und Ai = C M. Außer den neuen Tangentenpunk- _{Aus G}|_eichung (2 a) und (3 a) ergibt sich entsprechend: ten /V₁ und /V₂ sind die Tangenienpunkte .V₁₀ und /V₂₀ in

der Lage gestrichelt eingezeichnet, die sie nach Verschie- ,_ ■ . b + ecos(p r_gl—r_gl

bung bzw. Drehung der beiden Getriebeteile einnehmen. 30 tan α sin α '

Die Radien /?., und r„, durch die verlagerten Punkte ;V.„ _, ..... , „, „. -..£.. , ,,

und /V₂₀ sind gestrichelt einzeichnet Zusammen mit (4) stellt Gleichung (5) das gesuchte Be-

Aus der Abtickelbedingung (Fadenlänge) ergibt sich wegungsgesetz i- = r(jp) dar, das sich fur jedesdurch r ,

oemäßFiB 7 und 8- r,₂. 0(_o, e und Λ gegebene Lenkgetriebe berechnen laßt.

~ ₃₅ Aus Fig. 2 erhält man:

⁹² «ι y> Die Übersetzung / ergibt sich auf zweierlei Weise:

Die entsprechende Gleichung fürein Getriebe mit kon- 40 i. _y|_s Ableitung, bzw. DifTerenzenquotient:
kav gekrümmter Lenkmutterver^ahnunu nach Fig. 4 __

und 5 erhält man. indem man in Gl. Π) folgende Größen ,·__LiL = JiiL

cψ Δ φ

r,, durch — r_fl; b durch — h; e durch —e. _4S 2. direkt aus dem momentanen wirksamen Radius Λ, des

Lenksegments, wenn es nur auf die jeweils vorhandene

Man erhält dann nach Multiplikation der Gleichung mit Übersetzung ankommt.
- 1: Aus Fig. 9 folgt:

,V,A'₂ = (/> + e) sin *„-!·„(*„-α)

(la) 50 «2

Aus den Längenbeziehungen in der waagerechten χ- τ π

Richtung ergibt sich nach Fig. 7 und 8: ^{l =} ~^~

= r_j2sina-esin₉>-r + r„sina ₍₂₎ Fürdie Ausgangsstellung.p = 0ist nach Fig. 7 und Gl.

^es'ⁿ Φ + γ ⁵⁵ (7V

^es'

Gemäß Fig. 4 und 5 lautet die entsprechende Gleichung:

r-esinfl» ., . ·«.- u -2.- _h

resin«
=(r„-r_fi) tan a+—^^ (2a)

r , — P COS /γ r -

(8) und

Aus den Längenbeziehungen in>--Richtung ergibt sich e + b — a_o— ^ £ (9)

gemäß Fig. 7 und 8: °

. 65 Die obigen Ableitungen beziehen sich auf die Eingriffsli-

* "~ /jj nie ist»! in ucr r~kUSSCitiSgsiCnung ircit^vnucr ^aiinstangc

Nff₌—i_{r +r} ) cotg 1 ^{b+eCQS φ} Die Gleichungen gelten jedoch auch für die Eingriffslinie

^{12 g2} '² sin α bei zurücktreibender Zahnstange, wenn man die Ein-

griffswinkel α und a„ mit umgekehrtem Vorzeichen einsetzt. Für gleiche Drehwinkel φ ergeben sich dann bei Ausschlagbewegung und Rücklauf unterschiedliche Verschiebungen v, da die Zahnstange bei Bewegungsumkehr und Flankenwechsel zunächst das Zahnspiel S, im toten Gang durchläuft (Fig. 3).

Die unterschiedlichen Neigungen der für Ausschlagbewegung und Rückbewegung bei treibender Zahnstange maßgebenden ^ingriffslinien ergeben unterschiedliche wirksame Hebelarme R₂ und R₂ und damit auch verschiedene Übersetzungsverhältnisse.

Das Flankenspiel errechnet sich über den veränderlichen Achsabstand /W₁AZ₂ aus Fig. 8 und 10 wie folgt: Nach Fig. 8 ist:

10

Das Flankenspiel S_f kann über die Verzahnungsgeometrie ermittelt werden:

S_t = N₁N₂-CtM_xM₁

Für ein Getriebe nach Fig. 4 und 5 lautet die Gleichung entsprechend:

₂ + erx_e).(r_tX-r,₂) (12a)

IO

CtM_xM₂ erhält man aus:

tan ιM₁ /VZ₂=-

•y do»

Die entsprechende Gleichung für ein Getriebe nach Fie. 4 und 5 lautet:

15

/V/, M₁ — \ [a„ — t'(l —cos φ)Υ + [i—e sin φ]¹ (10a) Die dazugehörige Eingiiffsstrecke wird nach Fig. 10:

N₁N₂=+ V(M_xM₂Y-(T,,+^ (II)

Entsprechend gilt für Fig. 4 und 5:

In der endgültigen Auslegung kann die Verzahnung noch mit einer gewissen r-Null-Profilverschiebune verse· hen werden. z.B. um gewisse Spindcldurchmesser zu erreichen.

Der Profilverschiebung der Segmentserzahnung kann bei kegeliger Ausführung der Segmentzähne eine sich über die Zahnbreite kontinuierlich ändernde Profilverschiebung überlagert werden. Der resultierende v-Wert des Mittelschnittes der Segmentverzahnung ist dann maßgebend für den kleinstmöglichen Fußkreisdurch-M la) messer der Lenkspindelverzahnunü bei gegebenem Gesvindedurchmesser der Lenkmutter.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Lenkgetriebe fiir Kraftfahrzeuge, mit einer Lenkspindel, über die eine Lenkmutter mit einer eine kreisförmige Bezugsltnie aufweisenden Verzahnung betätigbar ist, mit der ein verzahntes Segment einer Lenkwelle im Eingriff steht, wobei das Übersetzungsverhältnis bei Bewegung der Getriebeteile aus der Mittelstellung in beide Ausschlagstellungen veränderlich isi und die Verzahnungen der beiden Getriebeteile mit größer werdenden Ausschlägen ein zunehmendes Flankenspiel aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Segment eine gewöhnliche Evolventenverzahnung mit einer kreisförmigen Bezugslinie aufweist und daß, in einem Querschnitt betrachtet, der Drehpunkt und der Verzahnungsmittelpunkt des drehenden Getriebeteils in der Mittelstellung des Getriebes auf der durch den Waiypufk! C₀ gehenden, zur Längsache der Kugelumlaufmutter senkrechten Geraden Li sinem bestimmten Abstand (Exzentrizität »e«) voneinander liegen.

2. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Getriebeteile außen verzahnt sind, so daß die Übersetzung aus der Mittelstellung zu den Ausschlagstellungen hin kontinuerlich zunimmt.

3. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geradlinig bewegliche Getriebeteil außen verzahnt, das drehbare Getriebeteil innen bzw. im Grenzfall als Zahnstange verzahnt ist und der in Mittelstellung des Getriebes vorhandene Wälzpunkt C„ zwischen dem Mittelpunkt der Kugelumlaufmutter-Verzahnung und 6em Drehpunkt der Lenkwellenverzahnung liegt, so üaß die Übersetzung aus der Mittelstellung zu den Ausschlag leitungen hin kontinuierlich zunimmt.

4. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geradlinig bewegliche Getriebeteil innen verzahnt, das drehbare Getriebeteil außen verzahnt ist und dessen Drehpunkt zwischen den Verzahungsmittelpunkten beider Verzahnungen liegt, so daß die Übersetzung aus der Mittelstellung zu den Ausschlagstellungen hin kontinuierlich abnimmt.

5. Lenkgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentverzahnung als an sich bekannte kegelige Stirnverzahnung im Abwälzverfahren hergestellt und die Lenkwelle zur Einstellung und Nachstellung des Zahnspiels in an sich bekannter Weise axial einstellbar ist.