DE2735166A1

DE2735166A1 - Spindellenkgetriebe mit kugelumlauf

Info

Publication number: DE2735166A1
Application number: DE19772735166
Authority: DE
Inventors: Frederick John Adams
Original assignee: TRW Steering Systems Ltd
Current assignee: TRW Steering Systems Ltd
Priority date: 1976-08-06
Filing date: 1977-08-04
Publication date: 1978-02-09
Also published as: FR2360456B3; FR2360456A1; IT1085637B; BE862536A; US4186615A; DE2735166C2; CA1085702A; GB1548010A

Description

CAM GEABS LIMITED München, 02.08.1977

45 Wilbury Way P 489/77

Hitchin Pu/rei Hertfordshire, England

Spindellenkgetriebe mit Kugelumlauf

Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe, insbesondere ein Spindellenkgetriebe mit Kugelumlauf, nachfolgend Kugelumlaufgetriebe genannt, bei dem eine sich in einem Gehäuse in Längsrichtung erstreckende Lenkspindel längsverschieblich gelagert ist, deren Längsverschiebung in bezug auf das Gehäuse einen Lenkausgang darstellt, und die ein Schraubengewinde-Teil aufweist, mit dem eine Lenkmutter antriebsmäßig verbunden ist, so daß die Lenkspindel bei Verdrehung der Lenkmutter gleichzeitig in bezug auf das Gehäuse eine Längsbewegung ausführt, während der Lenkeingang auf die Lenkmutter übertragen wird, und wobei die Lenkspindel in bezug auf das Gehäuse während der Verdrehung der Lenkmutter gegen Verdrehung gesichert ist.

Beim Einsatz eines solchen Lenkgetriebes in Verbindung mit Kraftfahrzeugen ist die Lenkspindel mit den lenkbaren Fahrzeugrädern

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gekuppelt, während der Antrieb der Lenkmutter mit einem vom Fahrer steuerbaren Bauteil verbunden ist, so daß bei Einstellung des steuerbaren Bauteiles durch den Fahrer die Lenkmutter sich verdreht und dadurch eine Längsverschiebung der Lenkspindel bewirkt, was eine Änderung in der Lenkung der Fahrzeugräder zur Folge hat. Sie auf die Fahrzeugräder übertragene Lenkbewegung steht daher in einem direkten Verhältnis zur Größe der Längsverschiebung der Lenkspindel, die von der Lenkmutter bei deren Verdrehung mitgenommen wird. Infolge dieser antriebsmäßigen Verbindung ist die Längsverschiebung der Lenkspindel bisher stets proportional der Lenkmutterdrehung, so daß in jeder beliebigen Eingriffstellung zwischen Lenkmutter und Lenkspindel innerhalb der vorgegebenen Grenzen die Längsbewegung der Lenkspindel für ein bestimmtes Drehmaß der Lenkmutter stents gleich bleibt. Mt anderen Worten, bei den bekannten Spindellenkgetrieben bleibt die Lenkübersetzung zwischen dem Eingang, also der Verdrehung der Lenkmutter, und dem Ausgang, also der Längsverschiebung der Lenkspindel, über den gesamten von der Lenkspindel in Längsrichtung zurücklegbaren Weg konstant.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Lenkgetriebe, insbesondere ein Spindellenkgetriebe mit Kugelumlauf, im wesentlichen ohne zusätzliche Bauelemente in einfacher Weise so auszubilden, daß die tjbersetzung zwischen Lenkeingang und Lenkausgang zeitweilig während oder während der gesamten Dauer der Längsverschiebung der Lenkspindel veränderbar ist.

Diese Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch gelöst, daß mindestens ein Teil des eine Laufrille bildenden Schraubengewindes als in einer zur Bewegungslängsachse der Lenkspindel nicht parallelen !Richtung angeordnete Steuerkurve ausgebildet ist, in die ein gehäusefester Stift eingreift, derart, daß während der Längsverschiebung der Lenkspindel diese eine genau definierte Drehbewegung relativ zum Gehäuse ausführt, um eine Änderung der Lenkübersetzung zwischen der Lenkmutter und der Lenkspindel zu erzielen.

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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Lenkgetriebes kann sich die Lenkspindel über einen bestimmten Verdrehbereich der Lenkmutter in bezug auf das sie tragende Gehäuse zumindest über einen Teil ihrer zulässigen Längsverschiebung in vorbestimmtem Maße verdrehen, wodurch unter dem Einfluß der sich ebenfalls verdrehenden Lenkmutter die Längsverschiebung der Lenkspindel - also das Übersetzungsverhältnis - vergrößert oder verkleinert werden kann, im Vergleich zu der bisher erreichbaren, stets gleichen Längsverschiebung der Lenkspindel, bei sich um den gleichen Betrag verdrehender Lenkmutter ohne Verdrehung der Lenkspindel. Durch eine entsprechende Ausbildung des Verlaufes der Nut in Längsrichtung und/oder deren Verlauf bzw. einem Teil der Nut in bezug auf die Richtung, in der sich die Lenkspindel verschiebt, kann die in das Lenkgetriebe eingegebene Lenkübersetzung je nach Bedarf kontinuierlich oder intermittierend verändert werden, und zwar über den gesamten Verschiebeweg der Lenkspindel.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist daher die als Laufrille dienende Nut so ausgebildet, daß sie mindestens über einen Teil ihrer Länge geradlinig, jedoch nicht parallel zur Achsrichtung verläuft, in der die Lenkspindel längsverschieblich ist, und/oder mindestens einen nicht geradlinig verlaufenden Abschnitt aufweist, der im wesentlichen die Form einer Wendel hat.

Vorzugsweise ist die Steigung der einzelnen Gänge der Wendel über deren gesamte Ausdehnung unterschiedlich in Abhängigkeit von der gewünschten Lenkübersetzung ausgeführt.

Weitere Merkmale dex· Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Selbstverständlich wird man das Verhältnis zwischen der Lenkmutter, dem Drehantrieb für die Lenkmutter und die Antriebsverbindung zwischen der Lenkmutter und der Lenkspindel, sowie die Ausgestaltung

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der als Laufrille dienenden Nut nach einem vorbestimmten Übersetzungsverhältnis wählen, das zwischen dem Eingang und Ausgang des Lenkgetriebes erzielbar sein soll, das Jedoch mindestens in zwei Bereichen der Gleitverbindung zwischen der als Laufrille dienenden Nut und dem als Spurstein dienenden Stift veränderbar ist.

Für die Herstellung ist es besonders vorteilhaft, wenn die als Laufrille dienende Nut auf der Lenkspindel verläuft und wenn der in der Laufrille bewegliche Teil ein gehäusefester Stift oder eine gehäusefeste Rolle ist, die in die Laufrille eingreifen. Denkbar ist natürlich auch, die Laufrille im Gehäuse oder einer Verlängerung davon vorzusehen und den Stift auf der Lenkspindel anzuordnen. In diesem Fall kann die Laufrille beispielsweise aus einer schraubenlinienförmigen Rippe bestehen, die an der Innenwandung eines zylindrischen Gehäuses radial nach innen vorsteht, während die Lenkspindel konzentrisch in dem zylinderförmigen Gehäuse angeordnet ist und einen gabelförmigen Mitnehmer aufweist, der die Rippe umgreift und die Lenkspindel gegen eine nicht durch den Steuerteil der Rippe verursachte Verdrehung sichert.

Die Verdrehung der Lenkmutter kann auf jede geeignete Weise erfolgen, sei es direkt, zum Beispiel durch Einstellung eines steuerbaren Bauteiles, oder indirekt, beispielsweise über einen Zahnstangentrieb, einen Eegeltrieb oder ein Schraubengetriebe mit gekreuzten Wellen, wie bereits in der britischen Patentanmeldung 32 902/76 vorgeschlagen wurde.

Das Lenkgetriebe kann für die Verschiebung der Lenkspindel einen Servomechanismus aufweisen, beispielsweise kann die Lenkspindel als Kolbenstange oder als Teil einer Kolbenstange ausgebildet sein, die mit einem doppeltwirkenden, in einem Hydraulikzylinder beweglichen Kolben verbunden ist, wobei dann der auf die hydrau-

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Iisehe Einrichtung wirkende Druck über eine Ventilanordnung steuerbar ist, die in Abhängigkeit von den Änderungen im Lenkeingang zum Lenkgetriebe betätigbar ist. Servoeinrichtungen dieser Art, die bei einer Spindellenkung mit Kugelumlauf Verwendung finden, sind an sich bekannt; vgl. GB-Patent 1 364 021.

Die Antriebsverbindung zwischen der Lenkmutter und dem Gewinde der Lenkspindel erfolgt vorzugsweise über einen Kugelumlauf, obgleich wahlweise auch andere Antriebsverbindungen verwendbar sind, beispielsweise eine gleitende Schraubenverbindung.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung exnes Ausführungsbeispieles in Form eines im Längsschnitt dargestellten Spindellenkgetriebes mit Kugelumlauf beschrieben.

Ein Spindellenkgetriebe enthält, wie aus der Zeichnung hervorgeht, ein Gehäuse 1, das aus einem Hauptkörper 1a, einem rohrförmigen Ansatz 1b, der eine koaxiale Verlängerung des Hauptkörpers bildet, sowie aus einer zylindrischen Abzweigung 1 c besteht, deren Längsmittelachse die des Hauptkörpers unter einem spitzen Winkel schneidet. Innerhalb des Hauptkörpers 1a ist konzentrisch eine Lenkmutter 2 vorgesehen, die in Lagern 3 drehbar gelagert ist, jedoch gegen radiale und axiale Verschiebung innerhalb des Hauptkörpers gesichert ist. Die Lenkmutter 2 weist an ihrer einen Stirnseite im Bereich des Gehäuseteiles 1c ein Kegelrad 4 auf. Ferner ist innerhalb des Gehäuseteiles 1c eine Lenkwelle 5 vorgesehen, die über das Gehäuse hinausgeführt und in bezug auf dieses drehbar, jedoch in axialer und radialer Richtung unverschieblich durch Lager 6 gelagert ist.

Das über das Gehäuse vorstehende Ende der Welle 5 ist mit einem steuerbaren Bauteil, beispielsweise einem Lenkrad, in herkömmlicher Weise kuppelbar, während das andere Ende der Lenkwelle ein

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Kegelrad 7 aufweist, das mit dem Kegelrad 4 kämmt. Bei Verdrehung der Lenkwelle 5 wird die Drehbewegung auf die Lenkmutter 2 über die Kegelräder 7 und 4 übertragen.

Konzentrisch innerhalb der Lenkmutter 2 ist eine zylindrische Lenkspindel ti mit einem Schraubengewinde 9 vorgesehen. Das Schraubengewinde 9 ist antriebsmäßig mit der Lenkmutter 2 über einen Kugelumlauf 10 verbunden, der an der dem Kegelrad 4 gegenüberliegenden Stirnseite der Lenkmutter vorgesehen ist. Infolge dieser Antriebsverbindung wird bei Verdrehung der Lenkmutter 2, während der sich die Lenkspindel ü nicht mitdreht, die Lenkspindel in Längsrichtung, also in bezug auf das Gehäuse 1a axial verschoben, wodurch eine Lenkkraft entsteht.

Diese Lenkkraft wird in herkömmlicher Weise von einem Ende 11 der Lenkspindel 8 aufgenommen, die aus dem Gehäuse 1 herausgeführt und mit nicht dargestellten lenkbaren Rädern gekuppelt ist, so daß die Bäder in Abhängigkeit von der Verschiebung der Lenkspindel ihre Lage ändern. Der aus dem Gehäuse 1 überstehende Teil der Lenkspindel Ö ist von einem zylindrischen Faltenbalg 12 umgeben, der am Gehäuse 1 und an dem erweiterten Ende 11 anliegt und verhindern soll, daß von außen Fremdstoffe eindringen, insbesondere in die Laufrillen der Kugeln. Die Längsbewegung des innenliegenden Teiles 13 der Lenkspindel wird von der Verlängerung 1b des Gehäuses aufgenommen.

Am Umfang der Lenkspindel 8 ist an dem vom Schraubengewinde 9 abgewendeten Teil eine Laufrille in Form einer in Längsrichtung verlaufenden Nut 14 vorgesehen. Mit dieser Nut 14 steht ein Stift 15 in Eingriff, der fest in einem Ansatz 16 des Gehäuses 1 angeordnet und in seiner Längsrichtung verschieblich ist. Im Gehäuse ist der Stift 15 durch eine Schraubkappe 17 gehalten. Der in die Nut 14 eingreifende Stift 15 verhindert, daß sich die Lenkspindel 8 bei

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ihrer Längsbewegung in bezug auf das Gehäuse 1a, während der der Stift in der Nut frei läuft, verdrehen kann.

Ein federbelasteter Kolben 18 ist auf der dem Stift gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 1 vorgesehen, der die Lenkspindel 8 beaufschlagt, so daß der Stift 15 in der Nut 14- gehalten ist.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, verläuft die Nut 14 über einen Teil ihrer Länge nicht geradlinig, sondern schraubenlinienförmig und bildet dadurch einen wendeiförmigen Steuerabschnitt 14' , der als Nut 14 in Richtung des innenliegenden Endes 1? der Lenkspindel weitergeführt ist. Dieser Abschnitt kann

a) geradlinig parallel zur Richtung der Längsverschiebung der Lenkspindel verlaufen oder

b) als weiterer Steuerabschnitt ausgebildet sein, beispielsweise geradlinig, aber nicht mehr koaxial zur Lenkmutter 2 verlaufend, oder nicht geradlinig, beispielsweise so, daß die Nut über ihre gesamte Längserstreckung unterschiedliche Ganghöhen der Wendel 14' aufweist.

Wenn durch Drehen der Lenkmutter 2 die Lenkspindel 8 in Längsrichtung verschoben wird, kann sie sich in bezug auf das Gehäuse 1a nicht verdrehen und zwar so lange, wie sich der Stift 15 in einem geradlinigen Teil der Nut 14 bewegt, der parallel zur Achse der Lenkmutter 2 verläuft. Tritt jedoch der Stift 15 in einen nicht mehr geradlinigen Abschnitt der Nut 14 ein oder in einen Teil, der nicht mehr parallel zur Achse der Lenkmutter 2 verläuft, dann wird während der Drehung der Lenkmutter 2 durch die beschriebene kraftschlüssige Verbindung eine genau definierte Drehbewegung zusätzlich auf die Lenkspindel übertragen.

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Im Bereich des Steuerabschnittes 14' wird der durch die Verdrehung der Lenkmutter 2 bewirkten Längsverschiebung der Lenkspindel 8 gleichzeitig eine weitere, durch, diese Verdrehung der Lenkspindel bewirkte weitere Längsverschiebung überlagert. Diese Längsverschiebung ist unterschiedlich zur Längeverschiebung der Lenkspindel in bezug auf das Gehäuse bei gleicher Verdrehung der Lenkmutter 2,ohne die durch den Steuerabschnitt definierte Verdrehung der Lenkspindel. Durch geeignete Ausbildung der Längserstreckung der Nut 14 kann daher für einen vorbestimmten Verdrehgrad der Lenkwelle 5 die zwangsläufig erfolgende Verschiebung der Lenkspindel 8 in vorbestimmten Lagen der Lenkspindel in bezug auf das Gehäuse 1 verändert werden, so daß die Lenkübersetzung zwischen der Drehung der Lenkwelle 5 und der Verschiebung der Lenkspindel 8 in Längsrichtung veränderbar ist.

Durch diese Maßnahmen wird nicht nur ein verhältnismäßig einfach ausgebildetes, in der Übersetzung veränderbares Spindellenkgetriebe geschaffen, dieses Getriebe hat darüber hinaus den Vorteil, daß die Charakteristik der Lenkübersetzung für jedes Lenkgetriebe auswählbar ist, indem die eingebaute Lenkspindel gegen eine neue Lenkspindel mit anders ausgebildeter Nut austauschbar ist.

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L e e r s e ι f

Claims

HEINZ H. PUSCHMANN · PATENTANWALT D 8000 MÜNCHEN 22 · ''HOMAS-WlKAMER-KiNC 14 TELEFON 039/227887 273516Θ CAM GEAES LIMITED München, 02.08.1977 Wilbury Way P 489/77 Hitchin Pu/rei Hertfordshire, England Patentansprüche

1. Lenkgetriebe, insbesondere Spindellenkgetriebe mit Kugelumlauf, bei dem eine sich in einem Gehäuse in Längsrichtung erstreckende Lenkspindel längsverschieblich gelagert ist, deren Längsverschiebung in bezug auf das Gehäuse einen Lenkausgang darstellt, und die ein Schraubengewinde-Teil aufweist, mit dem eine Lenkmutter antriebsmäßig verbunden ist, so daß die Lenkspindel bei Verdrehung der Lenkmutter gleichzeitig in bezug auf das Gehäuse eine Längsbewegung ausführt, während der Lenkeingang auf die Lenkmutter übertragen wird, und wobei die Lenkspindel in bezug auf das Gehäuse während der Verdrehung der Lenkmutter gegen Verdrehung gesichert ist, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens ein Teil des eine Laufrille bildenden Schraubengewindes (9) als in einer zur Bewegungslängsachse der Lenkspindel (8) nicht parallelen Richtung angeordnete Steuerkurve ausgebildet ist, in die ein gehäusefester Stift (15) eingreift, derart, daß während der Längsverschiebung der Lenkspindel diese eine genau definierte Drehbewegung relativ zum Gehäuse (1) ausführt, um eine Änderung der Lenkübersetzung zwischen der Lenkmutter (2) und der Lenkspindel zu erzielen.

2. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die als Laufrille dienende Nut (14) mindestens über einen Teil ihrer Länge geradlinig, jedoch nicht parallel zur Achsrichtung verläuft, in der die Lenkspindel (8) längsverschieblich ist.

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ORIGINAL INSPECTED

3. Lenkgetriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die als Laufrille dienende Nut (14) mindestens einen nicht ger^adlinig verlaufenden Abschnitt (14') aufweist, der im wesentlichen die Form einer Wendel hat.

4. Lenkgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Steigung der einzelnen Gänge der Wendel (14¹) über deren gesamte Ausdehnung unterschiedlich in Abhängigkeit von der gewünschten Lenkübersetzung ist.

5. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die als Laufrille dienende Nut (14) am Umfang der Lenkspindel (8) vorgesehen ist, und daß der als Spurstein dienende Stift (15) in bezug auf das Gehäuse (1) feststeht.

6. Lenkgetriebe nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß der als Spurstein dienende Stift (15) eine Rolle aufweist.

7. Lenkgetriebe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die als Laufrille dienende Nut (14) aus einer Fortsetzung der Wendel (14') auf der Lenkspindel (8) besteht.

8. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Gehäuseteil und der längsverschieblichen Lenkspindel (8) ein Kraftspeicher (1ö) vorgesehen ist, durch den die Lenkspindel in radialer Richtung derart beaufschlagt ist, daß der Stift in der Nut (14) kraftschlüssig gehalten ist.

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9· Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zur Übertragung der Drehbewegung des steuerbaren Teiles (5) auf die Lenkmutter (2) ein Kegeltrieb (4, 7) oder ein Schraubengetriebe mit sich kreuzenden Wellen (5i 8) vorgesehen ist.

10. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der Drehbewegung zwischen der Lenkmutter (2) und der Lenkspindel eine Anordnung mit umlaufenden Kugeln (10) vorgesehen ist.

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