DE2800163A1

DE2800163A1 - Zahnstangengetriebe

Info

Publication number: DE2800163A1
Application number: DE19782800163
Authority: DE
Inventors: Frederick John Adams; Ralph Malcolm Lehman
Original assignee: TRW Steering Systems Ltd
Current assignee: TRW Steering Systems Ltd
Priority date: 1977-01-10
Filing date: 1978-01-03
Publication date: 1978-07-13
Also published as: AU510769B2; JPS6218781B2; IT1106517B; CA1082002A; FR2376974A1; DK8478A; NL7800051A; US4240306A; BE862759A; BR7800079A; LU78818A1; FR2376974B1; ES465862A1; AU3223778A; IT7867023A0; JPS5386961A; DD133772A5; GB1545372A

Description

HEINZ H. PUSCHMANN · PATENTANWALT D 8000 MÜNCHEN η ■ TriOMAS-WlMMER-RiNG 14

TELEFON 089/227887

•V

CAN GEARS LIMITED München, 02.01.1978

4-5 Wilbury Way P 531/77

Hitchin Pu/rei Hertfordshire, England

Zahnstangengetriebe

Die Erfindung betrifft ein Zahnstangengetriebe, bestehend aus einer Zahnstange, die in bezug auf ein Zahnstangengehäuse axial verschieblich gelagert ist, und aus einem im Zahnstangengehäuse drehbar gelagerten Ritzel, dessen Verzahnung mit einer schraubenförmigen Verzahnung der Zahnstange in Eingriff steht, so daß bei Drehung des Ritzels die Zahnstange in ihrer Längsrichtung entsprechend der Ritzeldrehung relativ zum Gehäuse verschoben wird.

Bei solchen Zahnstangengetrieben ergibt sich das Übersetzungsverhältnis aus dem Verhältnis zwischen der Eingangsdrehung des Ritzels und der daraus resultierenden Längsverschiebung der Zahnstange. Bei herkömmlichen Zahnstangengetrieben ist dieses Verhältnis über den gesamten von der Zahnstange zurücklegbaren Weg konstant.

Aufgabe der Erfindung ist es, solche Zahnstangengetriebe mit einfachen Mitteln so weiterzubilden, daß das Übersetzungsverhältnis innerhalb der Längsverschiebung der Zahnstange, also innerhalb gewisser Grenzen, veränderbar ist.

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Diese Aufgabe ist bei einem Zahnstangengetriebe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine zwischen Zahnstangengehäuse und Zahnstange angeordnete Steuervorrichtung vorgesehen ist, durch die die Zahnstange in Abhängigkeit der über das Ritzel verursachten Längsverschiebung in bezug auf das Gehäuse ebenfalls längsverschiebbar ist.

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung ermöglicht, daß die Zahnstange entweder über ihren ganzen Weg der Längsverschiebung oder über einen Teil dieses Weges verdrehbar ist. Da während der Verdrehbewegung der Zahnstange die Verzahnung der Zahnstange mit der Verzahnung des Ritzels in Eingriff bleibt, führt die Zahnstange während der Drehung des Ritzels eine schraubenförmige Bewegung aus, so daß sich die Größe der Längsverschiebung über einen bestimmten Betrag der Drehbewegung des Ritzel ändert, wodurch auch das Übersetzungsverhältnis entsprechend geändert wird.

Die Steuervorrichtung kann so angeordnet sein, daß sich die Zahnstange in Jeder Stellung bei ihrer Längsverschiebung in bezug auf das Zahnstangengehäuse dreht, doch ist vorzugsweise die Anordnung so gewählt, daß die Steuervorrichtung während der Längsverschiebung der Zahnstange über einen bestimmten Verschiebebereich unwirksam bleibt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Steuervorrichtung eine in der Zahnstange angeordnete Führungsspur und einen darin eingreifenden Nocken auf, der am Zahnstangengehäuse ortsfest gelagert ist, um während der Längsverschiebung der Zahnstange die Zahnstange entsprechend dem Verlauf der Führungsspur zu verdrehen.

Erfindungsgemäß besteht der Nocken aus einem am Zahnstangengehäuse angeordneten Zapfen und die Führungsspur aus einer am Mantel der Zahnstange angeordneten Nut, in die das freie Ende des Zapfens eingreift.

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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Zapfen am Gehäuse um eine im wesentlichen radial in bezug auf die Längsachse der Zahnstange sich erstreckende Achse verdrehbar gelagert, so daß bei Verschiebung der die Nut tragenden Zahnstange der Zapfen infolge der kraftschlüssigen "Verbindung mit der Nutenwandung verdrehbar ist.

Die Schraubenverzahnung der Zahnstange ist zweckmäßig über deren ganzen Umfang aufgebracht, doch ist aus der Wirkung der erfindungsgemäßen Einrichtung zu entnehmen, daß sich die Verzahnung nur über den Bereich zu erstrecken brauchte, durch den die infolge des Eingriffes von Zahnstange und Ritzel erfolgende Längsverschiebung zwischen äußeren Endlagen gewährleistet ist. Aus diesem Grunde kann die Verzahnung der Zahnstange zum Beispiel auch lediglich über 180° vorhanden sein. Die Verzahnung des Ritzels, die mit der Zahnstange in Eingriff steht, wird im allgemeinen als Geradverzahnung oder als Schraübenverzahnung ausgeführt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Zahnstangengetriebe gemäß der Erfindung eignet sich insbesondere für ein Lenkgetriebe, bei dem sich das Ritzel in Abhängigkeit von dem über eine Lenksäule eingegebenen Drehwinkel verdreht, und bei dem sich die Lenkbewegung der Räder des Fahrzeuges aus der entsprechenden Längsverschiebung der Zahnstange ergibt. Das erfindungsgemäße Zahnstangengetriebe kann aber auch beispielsweise in Verbindung mit einer Werkzeugmaschine verwendet werden, beispielsweise bei einem Werkzeug- oder Werkstücktisch, der sich durch die Zahnstange in Abhängigkeit von der Verdrehung des Ritzels verschiebt.

Wird das Zahnstangengetriebe als Fahrzeuglenkgetriebe eingesetzt, bei dem die Zahnstange mit den lenkbaren Fahrzeugrädern in herkömmlicher Weise verbunden ist, dann bleibt die Steuervorrichtung

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über den Bereich der Längsverschiebung der Zahnstange, in dem die lenkbaren Fahrzeugräder gar nicht und fast gar nicht eingeschlagen sind, unwirksam. In diesem Bereich wird also die Zahnstange durch die Steuervorrichtung nicht verdreht und das Übersetzungsverhältnis bleibt gleich. Wird die Zahnstange jedoch über den vorerwähnten Bereich hinausgeführt und erreichen die lenkbaren Fahrzeugräder den maximalen Einschlag, dann wird die Steuervorrichtung wirksam und verdreht die Zahnstange in bezug auf das Zahnstangengehäuse, wodurch das Übersetzungsverhältnis in vorbestimmtem Maße verändert wird. Die hierdurch erzielbare Wirkung macht sich besonders vorteilhaft bemerkbar, wenn beispielsweise auf engem Raum geparkt werden soll, wozu die lenkbaren Fahrzeugräder mehrmals raschhintereinander von einer Einschlaggrenze zur anderen bewegt werden
müssen; hierbei wird dann das "Übersetzungsverhältnis des Lenkgetriebes gegen Ende der Verschiebebewegung der Zahnstange zum maximalen Einschlag vergrößert.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung eines Ausführungsbeispieles erläutert, das einen Teil eines Zahnstangenlenkgetriebe s im Längsschnitt darstellt.

Wie aus der Figur hervorgeht, besteht das Zahnstangenlenkgetriebe aus einer ein Zahnstangengehäuse 2 durchsetzenden zylindrischen
Zahnstange 1 mit einer Längsachse 1a. Die Zahnstange weist an ihrem ganzen Umfang, also über 360°, eine schraubenförmige Verzahnung 3 auf. Mit dieser Schraubenverzahnung wirkt die Verzahnung eines
Ritzels 4 zusammen, das drehbar in Lagern 5 i^m Zahnstangengehäuse 2 angeordnet ist. Die Zahnstange 1 ist im Zahnstangengehäuse 2
über eine Lagerbuchse 6 gelagert, in der sie in Richtung ihrer
Längsachse 1a verschieblich und außerdem um diese verdrehbar ist. Darüber hinaus wird sie von einem nicht dargestellten, an sich bekannten federbelasteten Joch gehalten, das in die Zahnstange auf
der dem Ritzel 4 unmittelbar gegenüberliegenden Seite eingreift,
so daß die Verzahnung von Zahnstange und Ritzel stets in Eingriff

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gehalten werden. Mit ihren Enden ist die Zahnstange 1 über je ein Antriebsgelenk 7 geringer Reibung mit Spurstangen 8 verbunden, durch die die vom Lenkgetriebe ausgeübte Kraft - bei Einbau in einem Fahrzeug - auf die lenkbaren Fahrzeugräder übertragen wird.

Wie bei herkömmlichen Zahnstangenlenkgetrieben wird die Zahnstange 1 längs ihrer Längsachse 1a in der einen oder anderen Richtung relativ zum Zahnstangengehäuse 2 verschoben, sobald das Ritzel 4 über seine Antriebswelle 9 verdreht wird.

In der Wandung des Zahnstangengehäuses 2 befindet sich in einem gewissen Abstand vom Ritzel 4 ein Zylinderbolzen 10, dessen Achse im wesentlichen radial zur Zahnstangenachse 1a liegt.

Der Zylinderbolzen 10 wird in der Gehäusewandung durch eine aus Schraube und Mutter bestehende Schraubverbindung 11 an seinem nach außen überstehenden Ende gehalten, so daß der Zylinderbolzen 10 in bezug auf das Gehäuse 2 verdreht werden kann. Hierbei ist er durch ein Rollenlager 12 abgestützt. Das radial in den Gehäuseraum gerichtete Ende des Zapfens 10 ist kegelstumpfförmig und greift in eine am Umfang der zylindrischen Zahnstange 1 eingearbeitete Längsnut 14 ein. In ihrem Mittelteil 14a verläuft die Nut 14 im wesentlichen geradlinig und parallel zur Achse 1a, während die beiden Enden anders als parallel verlaufend eingearbeitet sind; beispielsweise sind sie schraubenlinienförmig ausgebildet oder weisen einen anderen nicht geradlinigen Verlauf auf. In der Figur ist das rechte Ende der Nut gestrichelt gezeichnet, um darzustellen, daß bei der vorliegenden Ausführungsform die Nut nach hinten verläuft.

Bei der Längsverschiebung der Zahnstange 1 in bezug auf das Zahnstangengehäuse 2 verdreht sich die Zahnstange so lange nicht, wie aus der Zeichnung hervorgeht, wie das Ende 15 des Zapfens 10 im

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geradlinigen Mittelteil 14a der Nut 14 läuft, so daß das Übersetzungsverhältnis des Lenkgetriebes konstant bleibt. Sobald sich
Jedoch die Zahnstange 1 über einen Betrag längsverschoben hat,
der ausreicht, daß sich der Zapfen 10 in die Bereiche 14b der Nut
14 bewegt, wird die Zahnstange durch die kraftschlüssige Verbindung zwischen Nutenwandung und Zapfen in bezug auf das Zahnstangengehäuse 2 verdreht.

Als Folge hiervon führt die Verzahnung 3 eine schraubenförmige Bewegung über der Verzahnung des Ritzels 4 aus, während sie mit dieser in Eingriff steht und das Ritzel sich dreht. I¹Ur eine vorgegebene Verdrehung des Ritzels 4 findet folglich eine sich ändernde Längsverschiebung der Zahnstange 1 statt. Die durch den Zapfen 10
im Bereich 14b der Nut 14 erzeugte Bewegung der Zahnstange erzeugt gegenüber der Bewegung im Bereich 14a der Nut 14 eine entsprechende Änderung der Übersetzung des Zahnstangengetriebes.

Der Zapfen 10 ist durch das Lager 12 leicht verdrehbar, so daß die Reibungswiderstände bei der Bewegung des Zapfens 10 an den Wandungen entlang der Nut 14 verringert werden. Das Ritzel 4 kann in üblicher Ausgestaltung entweder eine Geradverzahnung oder eine schraubenförmige Verzahnung aufweisen.

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Claims

HEINZ H. PUSChMANN · PATENl ANWALT

D 8000 MÜNCHEN η ■ TriOMA.5-V\/lMMER-ttiNG 14 -')

TELEFON 089/227887 ~

CAM GEAES LIMITED München, 02.01.1978

4-5 Wilbury Way P 531/77

Hitchin Pu/rei Hertfordshire, England

Pat e nt anspräche

Zahnstangengetriebe, bestehend aus einer Zahnstange, die in bezug auf ein Zahnstangengehäuse axial verschieblich gelagert ist, und aus einem im Zahnstangengehäuse drehbar gelagerten Ritzel, dessen Verzahnung mit einer schraubenförmigen Verzahnung der Zahnstange in Eingriff steht, so daß bei Drehung des Ritaeis die Zahnstange in ihrer Längsrichtung entsprechend der Ritzeldrehung relativ zum Gehäuse verschoben wirft, dadurch gekennzeichnet , daß eine zwischen Zahnstangengehäuse (2) und Zahnstange (1) angeordnete Steuervorrichtung (11) vorgesehen ist, durch die die Zahnstange (1) in Abhängigkeit der über das Ritzel verursachten Längsverschiebung in bezug auf das Gehäuse (2) ebenfalls längsverschiebbar ist.
2. Zahnstangengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuervorrichtung (11) eine in der Zahnstange (1) angeordnete Pührungsspur (14·) und einen darin eingreifenden Nocken (13) aufweist, der am Zahnstangengehäuse (2) ortsfest gelagert ist, um während der Längsverechiebung der Zahnstange die Zahnstange (1) entsprechend dem Verlauf der Pührungsspur zu verdrehen.
3. Zahnstangengetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Nocken (13) im Zahnstangengehäuse (2) in axialer Richtung im Abstand vom Ritzel (4-) angeordnet ist. __2_

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4. Zahnstangengetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Nocken (13) aus einem am Zahnstangengehäuse (2) angeordneten Zapfen (10) und die Führungsspur aus einer am Mantel der Zahnstange (1) angeordneten Nut (14) besteht, in die das freie Ende (13) des Zapfens (10) eingreift.
5. Zahnstangengetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Zapfen (10) am Gehäuse (2) um eine im wesentlichen radial in bezug auf die Längsachse (1a) der Zahnstange (1) sich erstreckende Achse verdrehbar gelagert ist, so daß bei Verschiebung der die Nut (14) tragenden Zahnstange der Zapfen infolge der kraftschlüssigen Verbindung mit der Nutenwandung verdrehbar ist.
6. Zahnstangengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung der Nut(i4), daß bei Längsverschiebung der Zahnstange (1) in bezug auf das Zahnstangengehäuse (2) in einem mittleren Bereich (14a) diese Verschiebung der Zahnstange (1) ohne ihre Verdrehung erfolgt.
7. Zahnstangengetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Führungsspur (14) einen mittleren Bereich (14a) aufweist, der im wesentlichen geradlinig und parallel zur Längsachse (1a) der Zahnstange (1) verläuft, sowie zwei beiderseits sich daran anschließende, von der Achsparallele abweichende äußere Bereiche (14b).
8. Zahnstangengetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Endbereiche (14b) der Führungsspur (14) im wesentlichen schraubenlinienförmig verlaufen.

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9. Zahnstangengetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch seine Verwendung als Lenkgetriebe.
10. Zahnstangenlenkgetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß sein Übersetzungsverhältnis gegen Ende der Verschiebebewegung der Zahnstange in der einen und in der anderen Verschieberichtung vergrößert ist.