DE3327979C1 - Zahnstangengetriebe, insbesondere Zahnstangen-Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

• In der Fig. 1 ist mit 2 ein Zahnstangenlenkgetriebe für ein Kraftfahrzeug bezeichnet, welches über eine Lenksäule 4 und ein Lenkrad 6 betätigt wird. Die durch Verdrehen des Lenkrades 6 relativ zum Gehäuse 8 des Lenkgetriebes 2 sich verschiebende Zahnstange 10 bewirkt über Spurstangen 12, 14 und Lenkhebel 16, 18 in bekannter Weise ein Lenken der Ränder 20, 22 des Kraftfahrzeuges.
• An der Lenksäule 4 ist über ein Kardangelenk 24 eine Antriebswelle 26 befestigt. Die Antriebswelle 26 ist mittels zweier Wälzlager 28,30 im Gehäuse 8 drehbar gelagert und trägt ein Antriebszahnrad 32, das zusammen mit einem Zahnrad 34 eine erste Drehmomentübersetzungsstufe 36 mit konstantem Übersetzungsverhältnis bildet.
• Das angetriebene Zahnrad 34 der Übersetzungsstufe 36 ist mit einem benachbart angeordneten Zahnrad 38 zu einem einstückigen Zahnradblock 40 vereint, der über Wälzlager 42, 44 auf einer im Gehäuse aufgenommenen Welle 46 drehbar ist. Das Zahnrad 38 ist mit einem Zahnrad 48 in Eingriff und bildet mit diesem einen Stirnradtrieb 50 mit variablem Übersetzungsverhältnis.
• Das Zahnrad 48 des Stirnradtriebes 50 ist mit einem Ritzel 52 zu einem zweiten, einstückigen Zahnradblock 54 vereint, welcher über Achszapfen 56,58 und Wälzlager 60, 62 im Gehäuse 8 drehbar gelagert ist. Ein durch eine Feder 64 vorgespanntes, in einer Bohrung 66 des Gehäuses 8 verschiebbares Druckstück 68 spannt die Zahnstange 10 gegen das Ritzel 52, um einen spielfreien Eingriff zwischen Ritzel 52 und Zahnstange 10 zu gewährleisten.
• Zwischen dem Lager 60 für das Zahnrad 48 und der korrespondierenden Gehäusebohrung 59 sind zwei in radialer Richtung elastisch nachgiebige Ringe 61 eingesetzt, die dem mit bestimmten Spielraum zur Gehäusebohrung 59 eingesetzten Lager 60 eine begrenzte radiale Nachgiebigkeit ermöglichen.
• Desgleichen sind zwischen den Zapfen 45, 47 der Welle 46 und den diese aufnehmenden Gehäusebohrungen 43,49 elastische Ring 69 zwischengeschaltet, welche aufgrund eines ebenfalls begrenzten Spielraumes zwischen den Zapfen 45,47 und den Gehäusebohrungen 43, 49 eine radiale Nachgiebigkeit der Welle 46 und damit des Zahnrades 38 sicherstellen.
• Es versteht sich, daß die elastische Nachgiebigkeit in radialer Richtung bei einer jeden elastischen Lagerung bzw. Aufnahme im Gehäuse 8 maximal nur weniger als eine halbe Zahnhöhe der Zahnräder 38, 48 betragen darf, um auch bei extrem hohen Drehmomenten einen Formschluß zu garantieren.
• Das variable Übersetzungsverhältnis des Stirnradtriebes 50 ist durch die exzentrische Anordnung der größenmäßig gleichen Zahnräder 38,48 gegeben, deren Außenkontur zylindrisch bzw. kreissymmetrisch ist (vgl.
• F i g. 3). Lediglich die Drehachsen 70, 72 sind um das Maß »e« zur jeweiligen Symmetrieachse 74, 76 der Zahnräder 38, 48 versetzt. Daraus ergibt sich ein maximales Übersetzungsverhältnis von - r (radius) Zahnrad 48 - e i rZahnrad38 + e und ein minimales Übersetzungsverhältnis bei einer um 180° verdrehten Lage der Zahnräder zueinander von r = r Zahnrad48 + e r Zahnrad 38 - e sowie entsprechende Zwischenübersetzungen je nach fliionzntan der beiden Zahnräder 38,48.
• Die beiden Zahnräder 38, 48 sind zum Ritzel 52 und der Zahnstange 10 derart eingestellt, daß in der Mittellage der Zahnstange 10 entsprechend einer Geradeausfahrt des Kraftfahrzeuges ein Übersetzungsverhältnis vorliegt, welches zusammen mit den übrigen eingehenden Übersetzungen (Übersetzungsstufe 36, Ritzel 52 : Zahnstange 10, Spurstangen 12, 14 und Lenkhebel 16, 18 etc.) ctwa 18 beträgt.
• Bei einem Verdrehen des Lenkrades 6 aus der Mittelstellung heraus werden über die Übersetzungsstufe 36 die beiden Zahnräder 38, 48 verdreht, wobei sich das Übersetzungsvcrhältnis kontinuierlich bis zu einem Wert von etwa 28 ändert. Der Übersetzungsverlauf ist dabei immer eine Sinusoide mit der Periode 2 2,2.
• Wie der Zeichnung F i g. 2 entnehmbar ist, ist das Antriebszahnrad 32 bzw. dessen Drehachse 78 nahe der Drehachse 72 des Ritzels 52 angeordnet.
• Abweichend von dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, anstelle der beiden Zahnräder 38,48 nur über einen bestimmten Umfangsbereich verzahnte Zahnsegmente zu verwenden. Ist eine noch größere Übersetzungswandlung erwünscht, so könnte dem Stirnradtrieb 50 ein weiterer Stirnradtrieb nachgeschaltet sein, welcher ebenfalls durch zwei exzentrisch gelagerte, zylindrische Zahnräder gebildet ist, wobei dann das Antriebszahnrad das Ritzel 52 antreiben würde.
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Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Zahnstangengetriebe, insbesondere Zahnstangen-Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge, mit variablem Übersetzungsverhältnis, bei dem ein eine Zahnstange antreibendes Ritzel mit einem Stirnradtrieb mit wenigstens einem kreissymmetrischen, exzentrisch gelagerten Zahnrad zusammenwirkt, d a d u r c h gekennzeichnet, daß a) der Stirnradtrieb (50) durch zwei exzentrisch gelagerte Zahnräder (38,48) gebildet ist , wobei zumindest ein Zahnrad des Stirnradtriebes (50) in radialer Richtung elastisch nachgiebig im Gehäuse (8) gelagert ist, und b) dem Stirnradtrieb (50) eine Übersetzungsstufe (36) mit konstantem Übersetzungsverhältnis vorgeschaltet ist.
2. 2. Zahnstangengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Nachgiebigkeit durch zwischen den Lagern des Stirnradtriebes (50) und den korrespondierenden Gehäusebohrungen eingelegte, elastische Ringe (61, 69) erfolgt.
3. 3. Zahnstangengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebszahnrad (32) der Übersetzungsstufe (36) und das Ritzel (52) hinsichtlich ihrer Drehachsen (78 bzw. 72) nahe beieinanderliegen.

   Die Erfindung betrifft ein Zahnstangengetriebe, insbesondere Zahnstangen-Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge, mit variablem Übersetzungsverhältnis gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

   Ein derartiges Zahnstangengetriebe mit einem variablem Übersetzungsverhältnis ist in der DE-AS 11 55 987 (F i g. 6 und 7) beschrieben. Das dortige Lenkgetriebe setzt sich aus einem eine Zahnstange antreibendem Ritzel und einem mit dem Ritzel zusammenwirkenden Stirnradtrieb zusammen. Der Stirnradtrieb weist auf seiner Antriebswelle ein exzentrisch und ein zentrisch gelagertes, kreissymmetrisches Antriebszahnrad auf, die mit einem ungleichförmigen, in der Rotationsebene stufenförmig versetzten Zahnrad kämmen. Das ungleichförmige Zahnrad ist über einen bestimmten Umfangsbereich mit dem exzentrisch gelagerten Antriebszahnrad und über seinen weiteren Umfangsbereich mit dem dem exzentrisch gelagerten Zahnrad benachbarten zentrischen Antriebszahnrad in Eingriff.

   Das beschriebene Zahnstangen-Lenkgetriebe gewährleistet aufgrund der komplizierten Ausbildung des ungleichförmigen Zahnrades keine weitgehend spiel-und verklemmungsfreien Zahneingriffsverhältnisse; ferner ist es in der Fertigung relativ aufwendig und deshalb für eine Massenfertigung wenig geeignet.

   Soll ein bei Zahnstangenlenkgetrieben für Kraftfahrzeuge angestrebtes Gesamtübersetzungsverhältnis von ca. 18 bis 28 erreicht werden, so muß weiterhin das getriebene, ungleichförmige Zahnrad relativ groß bemessen sein, weil es nur über einen Umfangsbereich von ca. 270° aus der Mittclstellung heraus verdrehbar ist und dabei den halben Zahnstangenhub bewerkstelligen muß.

   Beispielsweise aus der Zeitschrift »Konstruktion« 34, 1982, 3, Seiten 109-113, ist es an sich bekannt, einen Stirnradtrieb mit variablem Übersetzungsverhältnis durch zwei exzentrisch gelagerte, kreissymmetrische Zahnräder zu gestalten.

   Bei Zahnstangen-Lenkgetrieben für Kraftfahrzeuge mit konstantem Ubersetzungsverhältnis ist es auch bekannt, dem die Zahnstange antreibenden Ritzel eine Übersetzungsstufe aus zwei zentrisch gelagerten Stirnzahnrädern vorzuschalten.

   Ferner zeigt die DE-PS 22 37 421 ein Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge mit veränderlicher Übersetzung und mit einer Lenkspindel, über die eine Lenkmutter mit einer eine kreisförmige Bezugslinie aufweisenden Verzahnung betätigbar ist, mit der ein verzahntes Segment einer Lenkwelle im Eingriff steht. Zur Erzielung einer veränderlichen Übersetzung weist das Segment der Lenkwelle eine gewöhnliche Evolventenverzahnung mit einer kreisförmigen Bezugslinie auf, und es sind - im Querschnitt betrachtet - der Drehpunkt und der Verzahnungsmittelpunkt des drehenden Getriebeteils in der Mittelstellung des Getriebes auf der durch den Wälzpunkt gehenden, zur Längsachse der Kugelumlaufmutter senkrechten Geraden in einem bestimmten Abstand (Exzentrizität e) zueinander versetzt.

   Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäße Zahnstangengetriebe funktional zu verbessern und dessen Fertigungskosten zu verringern.

   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst Durch die erfindungsgemäße Hintereinanderschaltung einer Übersetzungsstufe und eines variablen Stirnradtriebes wird ein für Kraftfahrzeuge besonders geeignetes, variables Gesamtübersetzungsverhältnis von 18 bis 28 geschaffen. Dabei ist durch die Verwendung ausschließlich kreissymmetrischer Zahnräder im Lenkgetriebe eine einfache, präzise Fertigung und Funktion gewährleistet. Die Vermeidung von Zahnflankenspiel und zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen wird durch elastische Lagerung des Stirnradtriebs erreicht.

   Gegebenenfalls kann dadurch vorteilhaft auch eine noch größere Variation des Übersetzungsverhältnisses durch eine größere Elastizität des Stirnradtriebes erzielt werden.

   Mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 kann ein herkömmliches Zahnstangen-Lenkgetriebe ohne größere konstruktive Änderung durch das erfindungsgemäße Zahnstangen-Lenkgetriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis ersetzt werden, weil die Konstruktionslagen der das Zahnstangen-Lenkgetriebe antreibenden Lenksäule und der Zahnstange im wesentlichen unverändert bleiben.

   Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten beschrieben. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 in skizzierter Darstellung ein Zahnstangenlenkgetriebe für Kraftfahrzeuge, Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Linie ll-ll der F i g. 1 des Zahnstangenlenkgetriebes und F i g. 3 einen Querschnitt durch den Stirnradtrieb gemäß Linie 111-111 der Fig. 2.