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Schrauben- und Muttergetriebe Gegenstand der Erfindung ist eine neue
und vorteilhafte Ausbildung eines. Schraubengetriebes, das sich insbesondere für
Steuervorrichtungen eignet.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, auf einem seitlichen Zapfen der
Mutter zwei Rollen anzuordnen, von denen de eine über eine Kulisse mit -einem Schwinghebel
zum Antrieb der Steuervorrichtung verbunden ist und die andere in eine ortsfeste
bogenförmige Nut .eintritt, so daß bei Drehung der Schraubenspindel die Mutter längs
der Bogennut versehoben und: der Schwinghebel. bewegt wird. Dabei wird der Mutter
außer der axialen Verschiebung auf .der Schrauhenspindel eine durch die Bogennut
Bestimmte Drehung erteilt. Durch dies,-. zusätzliche Drehung wird die Bewegung der
Mutter auf der Schraubenspindel aus der mittleren Stellung nach der "einen Endstellung
hin verlangsamt und nach der anderen Endstellung hin beschleunigt. Außerdem ändert
sich bei dien verschiedenen Winkellagen des Schwinghebels die Strecke, um die die
Mutter bewegt -werden muß, um den Schwinghebel um einen. bestimmten Winkel zu verstellen,
was mit einer Änderung des Übeersetzungsverhältnisses zwischen dem treibenden Glied
und. dem getriebenen Glied verbunden ist.
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Gemäß der Erfindung soll in erster Linie die Übersetzung von dem treibenden
Glied, bei einem Lenkgetriebe das Handrad, auf .den Schwinghebel in beiden Richtungen
von einer Mittelstellung aus, bei einem Lenkgetriebe- die Geradea;usstellung, b.°-schleunigt
oder verlangsamt, das Getriebe baulich vereinfacht und verbessert und: seine Anwendbarkeit
erweitert werden, und zwar einzig und allein über die Gewinde oder Verzahnungen
zwischen den treibenden und getriebenen Gliedern.
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Durch die Erfindung soll ferner innerhalb eines Arbeitsbereichs zwischen
einer treibenden Schraube und einer Mutter oder Mutterbüchse sowie zwischen
Mutter
oder Mutterbüchse und einem getriebenen Schneckenrad oder -segment eine veränderliche
Übersetzung geschaffen werden. Die Gänge der betreffenden Gewinde sind regelmäßig;
trotzdem kann eine weitgehende Änderung der Übersetzung erreicht werden, indem man
dem Zwischenglied zwischen dem treibenden und getriebenen Glied eine gesteuerte
Schwingbewegung ermöglicht, die eine rückläufige Bewegung oder toten Gang des Zwischengliedes
zur Folge hat.
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Das Getriebe enthält drei Gliedei, eine Schraube als treibendes Glied,
eine Mutter als Zwischenglied und ein Segment als getriebenes Glied. Es könnte auch
bestehen aus einer Mutter oder Mutterbüchse als treibendes Glied, einer Schraube
mit einem verstärkten Kopf ass getriebenes Glied, der mit der Führungsnut und einer
Schneckenverzahnung versehen ist, .die mit einer Schnecke des Zahnsegments im Eingriff
ist. Das ganze Getriebe ist in ein Gehäuse eingebaut.
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Das Getriebe ist ferner so ausgebildet, daß ein etwaiges Flankenspiel
infolge Abnutzung der Verzahnungen. in einfacher Weise aufgehoben werden kann.
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--Bei der einen Ausführungsform, bei der die Schraube .das treibende
Glied ist, wind der Mutter bei ihrer axialen Bewegung auf der Schraube eine beschränkte
Drehung erteilt, deren Größe durch eine Nut bestimmt ist, in, die ein mit einer
kugeligen Kopfrolle versehener ortsfester Zapfen eintritt. Diese Nut kann. jeden
gewünschten geradlinigen oder gekrümmtenVerlauf haben. Sie kann entweder in die
Mutter eingeschnitten sein und der Zapfen von dem Gehäuse oder einem besonderen
Gehäusedeckel gehalten werden, oder aber der Zapfen kann, einen Teil der Mutter
bilden und. die Nut in das Gehäuse oder .den Gehäusedeckel eingeschnitten sein.
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Bei. einer zweiten Ausführungsform mit umgekehrtem Aufbau, bei der
also. die Mutter treibendes und die Schraube getriebenes Glied ist, wird der Schraube
bei ihrer axialen: Verschiebung eine beschränkte Drehung erteilt. Die Mutter ist
in diesem Fall als -drehbare Büchse ausgebildet und die Schraubenspindel am Ende
zu einem Zylinder verstärkt, in den die Führungsnut für einen Zapfen eintritt. Wie
bei der ersten Ausführungsform kann die Nut .in das verstärkte Ende der Schraube
eingeschnitten sein und der Zapfen in dem Gehäuse angeordnet werden, oder der Zapfen
kann; ein Teil des verstärkten Schraubeneides bilden und die Nut in das Gehäuse
oder .den Gehäusedeckel eingeschnitten sein.
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Bei beiden Ausführungsformen ist das getriebene Glied, also die Mutter
oder das verstärkte Schraubeneide mit einer Schneckenzahnstange versehen, zweckmäßig
gegenüber dem Bolzen um i 8o° versetzt, was jedoch nicht wesentlich ist, die mit
einem Lenksegment im Eingriff steht, das bei Drehung einen Arm, z. B. dieLenkschubstange
eines Kraftfahrzeuges, bewegt.
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Wenn das Getriebe für eine Lenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge benutzt
werden soll, wird verlangt, daß sich die Vorderräder in die äußerste Lage durch
das Handrad leicht einschlagen lassen. Dieses Ziel wird in folgender Weise erreicht:
Wenn. das Handrad gedreht wird, wird durch die Schraube die Mutter längs -der Schraubenachse
verschoben. Würde dabei die Verschiebung der Mutter ohne deren. Drehung erfolgen,
so würde die Übersetzung konstant sein. Sobald jedoch die Längsachse der Nut von
der Schraubenachse irgendwie abweicht, wird der Mutter durch den in die Nut eintretenden
Zapfen eine Drehbewegung erteilt.
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Das, ofenerwähnte Ziel wird erreicht, wenn -die Führungsnut zur Längsachse
der Schraube eine solche Schräge hat, daß die Drehung der Mutter bis zu einem bestimmten
Grad mit der Drehung der treibenden Schraube zusammenfällt. Das hat einen bestimmten
toten Gang zwischen Mutter und Schraube zur Folge. In gleicher Weise wird, gleichgültig,
ob die treibende, Schraube rechts- Oder linksgängig ist, wenn die Schnecke auf -der
Außenseite der Mutter und das mit ihr im Eingriff stehende Schneckensegmnent oder
Schneckenrad entsprechend angeordnet sind., in diesem Sekund:ärantrieb ein weiterer
toter Gang auftreten. Die Gesamtänderung .der Übersetzung oder des toten Ganges
kann aus folgenden Faktoren berechnet werden: Ganghöhe der Schraube und Mutter,
.dem Drehwinkel der Mutter und der Ganghöhe des Schneckengetriebes. Es ist klar,
daß bei einer Neigung der Führungsnut der Mutter von der mittleren Geradeausstellung
aus nach entgegengesetzten Richtungen die Mutter und Schraube sich gegensätzlich
drehen und, wenn alle anderen Faktoren bleiben, die Bewegung des Schneckensegments
oder -rades im Verhältnis zur Ganghöhe der Schraube nach beiden Richtungen aus der
mittleren Geradeausstellung beschleunigt wird.
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Bei der umgekehrten Ausführungsform des Getriebes, bei .der die Schraube
des getriebenen Gliedes zur Übertragung der Bewegung auf das Lenkgetriebe durch
den Arm des Schneckenradsegments bestimmt ist, wird. die gleiche Wirkung ,erreicht.
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In .der Zeichnung sind die vorstehend erwähnten und weitere kennzeichnende
Merkmale des Getriebes in Anwendung für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuges dargestellt.
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Fig. i ist eine Stirn.ansscht der Steuerschraube mit dein Schneckengetriebe
zwischen Mutter und Segment, bei dem die Schraube das treibende, die Mutter das
getriebene Glied ist, Fi,g. Z eine Seitenansicht .dies Getriebes, Fig.3 der Grundriß
eines Bruchstücks der Mutter mit der Steuernut, Fi:g. q. ist gleich der Fig. 2 eine
Seitenansicht eines Getriebes, bei der dJe Mutter das treibende . Glied, der Schraube
das getriebene Glied ist.
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Fig. 5 ist der Grundriß des verstärkten Schraubeneides mit der Steuernut.
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In den Fig. i bis 3 bezeichnet S die Schraube, N die zugehörige Mutter.
Bei Anwendung für die Lenkvorrichtung eines Motorfahrzeuges bildet die Schraube
einen Teil der nicht dargestellten Steuersäule oder ist mit dieser verbunden, so
daß bei
einer Drehung der Sclira";l@:e ,S die Mutter längs der Schraube
S verschoben wird.
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Der Schaft der Schraube ruht in nicht dargestellten Lagern eines Gehäuses
IL Die V erschiebung der Mutter N wind auf das Segment O und von diesem über eine
Welle 12 auf das Lenkgestänge übertragen.
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Die Übertragung der Drehbewegung der Schraube S auf :die Mutter N
kann über Kugeln in dem Gewinde erfolgen, das eingängig oder mehrgängig ausgebildet
sein; kann und mit Rücklaufkanälen für die Kugeln versehen ist. Die Laufbahnen der
Kugeln sind in: Fig. i in punktierten Linien wiedergegeben, die Rücklaufkanüle in
Fig. 2 mit T bezeichnet. An Stelle des Kugelschraubengetriebes kann auch ein Schraubengetriebe
mit Flachgewinde verwendet werden. Bei diesem Getriebe kann die lineare Aufwärts-
und Abwärts-1):ewe:gung der Mutter auf der Schraube durch eine gesteuerte Drehbewegung
beschleunigt oder verlangsamt werden. Zu diesem Zweck ist sie mit einer Nut i versehen,
in die ein Zapfen mit einer reibungsfreien Kopfrolle 3 eintritt. Als Träger des
Zapfens 3 dient eine geflanschte becherförmige Deckelplatte .4, die durch Kopfschrauben
5 an der Wand des Gehäuses H befestigt ist. Das Gehäuse ist mit einer kreisförmigen
Öffnung 6 zur Aufnahmeeiner kreisförmigen Schulter 7 der Deckelplatte d. versehen.
In einer Ausnehmung 8 der Deckelplatte ist der Zapfen 2 drehbar gelagert. Das Lager
ist als Nadellager ausgebildet. Es ist wichtig, daß die Bete festigungs,schraube
dies Zapfenlagers auf einem Kreis liegt, so daß eine Einstellung :des Zapfens für
einen später erläuterten Zweck möglich ist. Bei der dargestellten Lagerung des Zapfens
2 in einem Wälzlager bildet der Kopf 3 :des Zapfens einen festen Teil des Zapfens.
Umgekehrt kann der Zapfen 2 festen Sitz haben und sein Kopf 3 durch ein Wälzlager
auf dem Zapfen gelagert sein.
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Die Verschiebung der Mutter N wird mittels einer Zahnstange io mit
schneckenförmigen Zähnen auf ein entsprechend gestaltetes Zahnsegment D übertragen.
Das Segment O ist auf einer Welle 12 befestigt, .die zum Antrieb des Lenkgestänges
dient.
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Die Breite der Schneckenzahnstange io ist zweckmäßig etwas größer
als die: des Zahus,egrnents O, um bei örtl,iche,r Abnutzung der Verzahnung in der
mittleren Geradeausstellung eine Einstellung zu ermöglichen, was später beschrieben
wird.
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Die Lage der Führungsnut i und des Rollzapfens 2 werden so bestimmt,
daß bei Mittelstellung der Lenkräder für Geradeausfahrt die Zahnstange io sich in
der Mittellage befindet und mit dem Segment _0 auf seiner ganzen Breite im Eingriff
ist.
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Das Getriebe arbeitet in folgender Weise: Angenommen, die Mutter N
sei gegen Drehung nicht gesichert und könnte sich mit dieser in gleichem Sinne wie
die Schraube drehen, so würde sich ihre axiale Verschiebung auf der Schraube verringern,
d. h. sie verliert an Bewegung. Sorgt man .dafür, da.ß die Mutter N sich entgegengesetzt
zur Drehrichtung der Schraube drehen kann, wird ihre Bewegurig relativ zur Schraube
größer, d. h. sie wird beschleunigt. Wenn die Mutter vollständig an einer Drehung
verhindert ist, dann ist ihre gesamte Bewegung durch :die Ganghöhe des Gewindes
bestimmt.
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Durch Änderung des Antriebs zwischen. der Mutter N und. dem Segment
O wird eine zweite Geschwindigkeitsübersetzung erreicht, :die unabhängig von der
zwischen Schraube und Mutter ist.
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Angenommen, die Mutter N befindet sich in. ihrer Mittelstellung
auf :dem Schraubenteil S der Steuersäule und die Schraube S habe Linksgewinde, so
wird bei einer Linksdrehung der Schraube S im Sinne: der Pfeils X' der Fig. i, d.
h. entgegengesetzt zum Uhrzeiger, die Mutter N eine Aufwärtsverschiebung hin zum
Fahrer auf dem Schaft der Schraube S erfahren (Pfeil X' der Fig. 2).
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Durch geeignete Wahl der Nutrichtung kann erreicht werden, daß :die
Mutter sich mit der Schraube dreht; in: diesem Fall entgegengesetzt zum Uhrzeiger
(Fi.g. i) .mit dem Erfolg, d;aß .die relative Verschiebung der Mutter in. Richtung
,des Pfeils X' (Fig. 2) verkleinert wird, was einer Verlangsamung entspricht. Diese
Verlangsamung wird durch Krümmung der Nut i nach rechts erreicht, die in Fig. 3
durch den, Pfeil y' angedeutet :ist.
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Ungeachtet des: Übersetzungsverhältnisses zwischen der Schnecke io
der Mutter und dem Segment O wird das Segment O sich mit der Mutter N drehen, also
mit Bezug auf seine Achse 12 entgegen. der Uhrzeigerrichtung.
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Durch Einführung eines dem Schraubengewi:ndeS entgegengesetzten, rechtsgängigen
Gewindes für die Schneckenverzahnung zwischen Mutter N und Segment 0 wird, da die
Mutter auf Linksdrehung gesteuert wird, eine weitere Verlangsamung oder rückläufige
Bewegung zwischen Mutter und Segment stattfinden, wie in Fig.2 ,durch den Pfeil
Z angedeutet ist, und zwar relativ zur Bewegung Ader Mutter auf ihrer Schraube.
Das erfordert :dann mehr Umdrehungen des. Steuerhandrades, um das Segment O um einen
bestimmten Winkel zu verstellen.
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Angenommen, die Ganghöhe der Schraube sei '/4" und die der Schnecke
zwischen Mutter N und Segment D 2 ' oder größer, so wird der direkte Antrieb des
durch die Mutter verlangsamt. Auf diese Weise wird das Übersetzungsverhältnis des
Getriebes, im Ganzen verändert und eine zusätzliche Verlangsamung der Bewegung neben
der durch die Nut zwischen Schraube und Schraubenspindel bewirkten Verlangsamung
geschaffen.
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In gleicher Weise wird, wenn die Schraube mit Linksgewinde im Uhrzei,gersinn
gedreht wird, die Mutter an der Steuersäule: äbwärts. laufen, weg von dem Fahrer.
Wenn, die Mutter dabei sich im Uhrzeigersinn um die Schraube drehen kann, wird wieder
eine relative Verlangsamung zwischen Schraube und. Mutter und zwischen Mutter und
Segment stattfinden. Die Nut der Mutter muß dann nach links gekrümmt sein, wie in
dem Grun.driß (Fig. 3) .durch den Pfeil y angedeutet ist, Das
Segment
Q wird dabei von dem Fahrer weg bewegt, und die rechtsgängige. Schnecke fo auf der
Außenseite der Mutter N hat Schlupf bei der übertragung der Bewegung auf das Segment
Q.
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Durch die vorstehend angegebenen Mittel erreicht man geregelte Änderungen
des Übersetzungsverhältnisses zwischen der Schraube und dem getriebenen Segment,
die von der Form der Nut abhängig sind, die teilweise gerade, teilweise gekrümmt
sein kann.
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Man kanneine schnellere Relativbewegung zwischen Schraube und Mutter
erreichen, wenn man die, Drehung der Mutter bei ihrer Verschiebung durch die Schraube
gegenläufig zur Drehung der Schraube macht, und kann diese schnellere Bezvegung
in dem oben angegebenen Beispiel auf die größere Steigung der Schneckenzähne an
der Mutter zur Einwirkung bringen; um eine beschleunigte Bewegung .des: Segments
zu erreichen. In einem solchen Fall wird die Nut umgekehrt gestaltet, d. h. das
im Grundriß nach Fig. 3 mit i bezeichnete Nutende müßte auf der linken Seite liegen
und die Nut müßte nach dem gegenüberliegenden Ende hin nach rechts gekrümmt sein.
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Erforderlichenfalls könnte durch eine Zickzackkurve der Nut die Bewegung
.des Segments abwechselnd beschleunigt oder verzögert werden. Zweckmäßig wird die
Nut i in die Mutter N eingeschnitten, selbstverständlich ist aber die umgekehrte
Lage von Nut und Zapfen möglich, in der die Nut i in das Gehäuse oder einen Gehäusedeckel
eingeschnitten ist und'. der Zapfen 3 einen festen Teil der Mutter bildet.
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In der bevorzugten nach Fig. i bis 3 ist der Zapfen :2 exzentrisch
zur Mittelachse des Gehäusedeckels q. .dargestellt. Auf diese Weise ist es, möglich,
den Zapfen 2 aus. der Nullstellung in Längs- und Ouerrichtung zu der Nut i einzustellen.
Diese sekundäre Einstellung wird durch Umstellen des Gehäusedeckels q. erreicht.
Wenn dieser z. B. aus, -der Normalstellung um 9o° gedreht wird, ergeben sich zwei
Wirkungen: Erstens wird- der Berührungspunkt zwischen Zapfen und Nut geändert und
zw°hitens findet eine leichte Verlagerung der Anfangsstellung der Mutter in Drehrichtung
statt. Bei einer Drehung des Gehäuse deckels14 um ISO' werden die Berührungspunke
von Nut und Zapfen im Grundriß wieder zusammenfallen, nicht aber irr Aufriß, und
die Verlagerung der Mutter in Drehrichtung ist vergrößert. Folglich kann durch diese
Einstellung eine örtliche Abnutzung der Nut und der Schneckenzähne der Mutter in
den Punkten, die in der Mittelstellung für Geradeausfahrt nicht dauernd Berührung
haben, ausgeglichen und verteilt werden.
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Ein anderes Mittel -zum Ausgleichen der Abnutzung ist die Anordnung
eines Schneckenrades an. Stelle des Segments auf der getriebenen Welle. Dieses Rad
könnte nach Lösen von der Welle um einen Winkel gedreht werden, um einen unbenutzten
Teil des Rades der Schnecke der Mutter gegenüberzustellen. Die Lenkstockspindel
könnte über kegelförmige Keilnuten mit dem Lenkgestänge verbanden wenden oder das
Schneckenrad 'in dieser Weise auf seiner Welle montiert werden.
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Die Nut i kann kreisförmigen Querschnitt haben und der Zapfen durch
eine stählerne, der Nut angepaßte Kugel ersetzt werden. Anstatt einer Nut i könnte
entweder an der Mutter oder .der Deckelplatte eine Rippe ausgearbeitet oder an ihr
befestigt werden, die an jeder Seite durch Nadeln, Rollen oder Kugeln geführt ist.
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Wie vorher bereits erwähnt ist, kann das Getriebe nach der Erfindung
auch in der Weise zusammengesetzt werden, daß die Mutter das treibende Glied und
@die Schraube das getriebene Glied ist, dessen Bewegung auf das Lenkgetriebe übertragen
wird. Eine derartige Anordnung ist in Fi;g. q. und 5 dargestellt. In dieser ist
die Mutter Ni ein Teil der Steuersäule N2 und als Büchse ausgebildet, die in einer
zylindrischen Verlängerung des.- Gehäuses H1 drehbar gelagert ist. Gegen eine Längsverschiebung
im Gehäuse H1 ist die Mutter durch ein Drucklager gesichert, das in der Zeichnung
nicht dargestellt ist.
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Die Schraube S1 besteht aus einem verhältnismäßig kurzen Gewindeteil
.und einem zylindrischen Kopf 2o. Die Schraubengänge zwischen der Schraube S1 und
der Mutter Ni sind -als Rollbahnen für Kugeln ausgebildet und durch einen Rücklaufkanal
für den Kreislauf der Kugeln miteinander in Verbindung. Der zylindrische Kopf 2o
der Schraube S1 ist auf der Oberseite mit einer Nut 21 versehen, die mit der Nut
i der ersten, Ausführungsform übereinstimmt. Die Nut steht im Eingriff mit einer
Kopfrolle 23 eines Zapfens 22; der in einem .durch Schrauben 25 am Gehäuse H1 befestigten
Deckel 2q. drehbar gelagert ist.
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Der Kopf 2o der Schraube ist auf der Außenseite gegenüber dem Zapfen
22 mit einer Zahnstange mit Schneckenzähnen 30 versehen, die im Eingriff
stehen mit Schneckenzähnen 3 1 des Segments Q2, :dessen Welle 32 mit dem
Lenkgestänge verbunden ist.
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Diese Ausführungsform arbeitet in folgender Weise: Eine Drehung der
Steuersäule N2 und der mit ihr verbundenen Mutter N1 bewirkt eine Längsbewegung
der Schraube S1, die ihrerseits über das Schneckenzahngestänge 3o das Segment Q2
in Drehung versetzt. Die Nut :2i und der Zapfen 22 bewirken dabei je nach Drehung
.der Mutter Ni Rechts- oder Linksdrehung des Schraubenkopfes 2o in gleicher Weise
wie bei der ersten Ausführungsform.
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Diese besondere Ausführungsform hat den Vorteil einer Verkürzung des
Schraubengetriebes und damit eine Verminderung .der schwierigen Schleifarbeit,dest
Schraubenganges.
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Natürlich kann, auch in dieser Ausführungsform wie -bei der ersten
.die Nut 21 im Deckel 2.4 und der Zapfen 2.2 im Kopf 2o .der Schraube S1 angeordnet
werden.
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Beide Ausführungsformen beruhen auf dem gleichen Grundgedanken, das
Einschlagen der Lenkräder aus der Mittelstellung nach beiden Seiten bis in,die Endstellungen
zu verlangsamen,
indem die Nut derart gestaltet wird, daß ein Verschwenken
der Mutter im gleichen Drehsinn mit dem treibenden. Glied stattfindet. Die beiden
Geschwindigkeitsverluste addieren sich und bewirken eine fortschreitende Verzögerung
beim Einschlagen der Lenkräder aus der Mittelstellung in die Endstellung.
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Die Erfindung vermeidet also die in der Einleitung erwähnte bogenförmige
Steuernut, die eine beschleunigte Bewegung der Lenkräder aus der mittleren Geradeausstellung
in die eine Endstellung und eine verlangsamte Bewegung in. -die andere End stellung
zur Folge hat. Im Unterschied dazu findet gemäß der Erfindung eine, Verlangsamung
nach beiden Endstellungen statt, gle#ichgält.ig, ob das Fahrzeug eine Rechts- oder
Linksbewegung ausführt. Diese Unabhängigkeit von der Richtung der Wendung macht
die Lenkung bequemer, was letzten Endes der Hauptzweck der Erfindung ist.
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Die bequeme Handhabung wird durch die Verlangsamung des Einschlages
aust der Mittelstellung der Lenkräder in beide Endstellungen bewirkt, die sowohl
zwischen Schraube und Mutter als auch zwischen der Schneckenzahnstange auf der Außenseite
der Mutter und dem Segment stattfindet. Eine Beschleunigung dieser Bewegung tritt
nur ein, wenn .das Lenkgetriebe nach der Wendung sich selbsttätig wieder in d@i.e
Mittelstellung einstellt.