DE3151835A1

DE3151835A1 - Zahnstangen-lenkgetriebe

Info

Publication number: DE3151835A1
Application number: DE19813151835
Authority: DE
Inventors: Arthur Ernest Bishop; Klaus Juergen Roeske
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-12-17
Filing date: 1981-12-29
Publication date: 1983-07-07
Also published as: GB2115105A; IN157839B; ES8403807A1; JPS58112874A; KR890003621B1; KR840002708A; JPH0254266B2; US4602521A; AU550194B2; ES518314A0; GB2115105B; FR2518482A1; AU9161082A; ZA829033B; FR2518482B1; BR8207488A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Zahnstangen-Lenkgetriebe ge-

maß Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Zahnstangen-Lenkgetriebe werden seit vielen Jahren in Kraftfahrzeugen verwendet, und zwar sowohl als direkte Lenkgetriebe, als auch als Servolenkgetriebe; sie wer-

den im übrigen immer beliebter.

Die einfachste Anordnung umfaßt ein Gehäuse, eine runde Zahnstange mit an einem Ende eingeschnittenen Zähnen und eine in Lagern montierte Schnecke, die mit diesen

Zähnen kämmt. Die Zahnstange gleitet an ihrem der Schnecke entfernten Ende in einem im Gehäuse vorgesehenen Lager, während an dem Schneckenende der Zahnstange ein halbrundes Auflagestück vorgesehen ist, das an der den Zähen abgewandten Seite auf die Zahnstange ein-

wirkt. Dieses Auf.lagestück wird durch eine Feder gegen die Zahnstange gedrückt, um diese im wesentlichen spielfrei mit der Schnecke kämmen zu lassen. Bei starken Belastungen besteht jedoch eine Neigung der Zahnstange, sich aufgrund der Schrägung der Zahnflanken von der

Schnecke wegzubewegen und die Federkraft zu überwinden

und es ist daher ein einstellbarer Zwangsanschlag vorgesehen, der die Bewegung des Auflagestücks und damit der Zahnstange weg von der Schnekke auf etwa 0,08 mm begrenzt. Für die nachfolgende Beschreibung sei der Abstand zwischen der Schneckenachse und der durch die Zahnstangenachse verlaufenden, zu den Zähnen parallelen Ebene als spielfreier Eingriffszentrumsabstand bezeichnet, wenn die Federkraft nicht überwunden wird. Die obige Ebene soll als Querebene bezeichnet werden.

Das erwähnte Wegbewegen der Zahnstange bei Belastungen unter gleichzeitiger Bildung eines Spiels zwischen den Zähnen der Zahnstange und der Schnecke kann unter gewissen Umständen zu nachteiligen Schwingungen führen, die

-|5 als "Rattern" bezeichnet werden. Dies tritt normalerweise nicht auf, wenn das Lenkgetriebe in einer Richtung > belastet wird, wie dies beim Kurvenfahren eines Automobils auftritt, es kommt jedoch dann dazu, wenn das Automobil geradeaus fährt und das Lenkgetriebe zunächst in eine erste Richtung und anschließend in eine zweite Richtung belastet wird. Diese Situation ist am schlimmsten, wenn eine geradeaus fahrendes Automobil auf einer schlechten Straße fährt.

Der einstellbare Zwangsanschlag muß daher besonders beim Geradeauslauf wirksam sein und kann größere Wegbe-

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wegungen der Zahnstange unter Belastunge in anderen Stellen ohne Gefahr eines Zahnstangenratterns zulassen.

Die mittlere Zahnlücke oder Zahnlücken der Zahnstange unterliegen jedoch dem größten Verschleiß und eine Einstellung des Zwangsanschlags wird im allgemeinen von Zeit zu Zeit erforderlich, um das Zahnstangenrattern zu verhindern. Wenn nach einem solchen Verschleiß andere Zahnlücken der Zahnstange höher als die mittlere"Zahn- -IO lücke sind, dann kann sich das Lenkgetriebe nach einer derartigen Nachstellung verkeilen.

Aus diesem Grund ist es bereits bekannt, die mittlere Zahnlücke oder Zahnlücken der Zahnstange höher als ande-

-j5 re Zahnlücken entlang der Längserstreckung der Zahnstange in einem Ausmaß zu formen, welches einen derartigen Verschleiß zuläßt, und zwar typischerweise um o,1 bis o,15 mm. Diese Bemessung muß außerdem Schwankungen im spielfreien Eingriffszentrumsabstand aufgrund von Her-Stellungsfehlern der Zähne von sowohl der Zahnstange als auch der. Schnecke berücksichtigen.

Mit "Höhe" in Verbindung von Zahnlücken wird hierin die kombinierte Wirkung derjenigen Teile der Flanken von benachbarten Zähnen der Zahnstange gemeint, welche den spielfreien Eingriffszentrumsabstand der Schnecke

steuern, wenn die Schnecke an irgendeiner Stelle des Eingriffs mit der von diesen Flanken gebildeten Zahnlücke in Eingriff steht. Zahnlücken mit größerer Höhe an irgendeiner Stelle entlang der Zahnlücke führen zu einem größeren spielfreien Eingriffszentrumsabstand der Schnecke in dieser Position. Man erkennt also, daß die die "Höhe" der Zahnlücke entlang ihrer Länge veränderlich sein kann.

^q Zahnstangen werden üblicherweise durch Räumen hergestellt und die gewünschte Variation der Zahnlückenhöhe entlang der Zahnstange wird dadurch vorgesehen, indem die Räumstange verschiedene Messer aufweist, von denen jedes einzelne eine Zahnlücke einschneidet, wobei die

^c Messer in unterschiedlichen Höhen bezüglich der Zahnstangen-Querebene angeordnet sind, und zwar mit dem '.tiefsten Messer oder Messern in der Mitte. Die Schwankungen in der Höhe der Messer tritt im allgemeinen in zwei Zonen auf,' nämlich zu beiden Seiten eines kleinen Mittelbereichs der Zahnstange, wobei die meisten Messer auf die größere Höhe eingestellt sind.

Wie bereits erwähnt, wird am häufigsten eine Lenkschnecke gewählt und die Zähne der Zahnstange verlaufen daher im allgemeinen unter einem anderen Winkel zur Zahnstangenachse als die Schnecke, und zwar bis zu 45 .

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Daraus folgt, daß im Falle der Herstellung von Zahnstangen mit veränderliche Zahnlückenhöhe durch Räumverfahren die.Schnecke an manchen Punkten der Zahnstangenbewegung gleichzeitig sowohl mit hohen als auch tiefen Teilen der Zahnlücken der Zahnstange kämmen wird. Wie weiter unten dargelegt wird, führt dieses Kämmen zu einer ungleichmäßigen Lastverteilung zwischen den Zähnen der Schnecke und der Zahnstange, was zu unerwünscht hohen Belastungen in manchen Eingriffsbereichen führt.

-jO Außerdem kann es zu rauhem Kämmen der Zähne von Schnecke und Zahnstange kommen, was für den Fahrer unangenehm ist und das Lenkgefühl beeinträchtigt. Bislang geht man so vor, daß man die Zähnen von bekannten Lenkgetrieben groß genug macht, um eine solches un-

-j5 gleichmäßiges Kämmen auszuhalten. Wenn man jedoch die Lenkkräfte durch Verwendung einer kleinen Schnecke reduzieren will, werden die Zähne der Zahnstange und der Schnecke klein und schwach und eine derartige ungleichmäßige Lastverteilung ist unerwünscht.

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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Zahnstangen-Lenkgetriebe mit veränderlichem, spielfreiem Eingriffszentrumsabstand zwischen Zahnstange und Schnecke ohne Verlust an gleichmäßiger Zahnbelastungsverteilung in denjenigen Zonen auf der Zahnstange zu schaffen, in denen sich dieser Eingriffszentrumsabstand verändert.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen. Demnach ist die Höhe jeder Zahnstangenlücke in solchen Übergangszonen entlang ihrer Länge veränderlich, was nicht durch falser lang verwendete Räumverfahren erreichbar ist.

Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Lenkgetriebe-Zahnstangen zu schaffen, die eine Veränderung des Eingriffszentrumsabstandes be- -IQ züglich einer Schnecke haben, ohne daß die Gleichmäßigkeit der Wirkung oder die gleichförmige Zahnbelastung beeinträchtigt werden.

Die Erfindung betrifft somit ein Zahnstangenlenkgetriebe be mit einer in einem Lenkgehäuse gelagerten Schnecke, mit einer in dem Lenkgehäuse in zwei Lagern axial ver-'· schiebbaren Zahnstange, die ein mit Zähnen versehenes Ende und ein ebenes Ende aufweist, wobei ein Lager an einem Ende des Lenkgehäuses das ebene Ende der Zahnstange lagert und das Lager am anderen Ende des Lenkgehäuses ein federbelastetes Auflagestück auf der den Zähnen abgewandten Seite der Zahnstange aufweist und gegenüber der Schnecke angeordnet ist, welches sich dadurch auszeichnet, daß die Zahnstange entlang ihrer Achse mindestens zwei Zonen aufweist, von denen jeweils eine an jeder Seite der Mitte des gezahnten Endes der Zahnstan-

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ge Zähne mit Zahnlücken von unterschiedlicher Höhe besitzt, die eine Veränderung des spielfreien Eingriffszentrumsabstandes zwischen der Schnecke und der Zahnstange bilden, daß der maximale Eingriffszentrumsabstand in der Bewegungsmitte der Zahnstange auftritt und die geringeren Eingriffszentrumsabstände zu beiden Seiten der Bewegungsmittelstellung existieren, daß die Zahnlücken in jeder der Zonen entlang ihren Längen unterschiedliche Höhen haben und daß die Höhen ■ aller -jO derjenigen Teile der Zahnlücken, welche die Schnecke in irgendeiner Position der Zahnstangenbewegung berühren, in jeder Zone gleich sind.

Die Erfindung betrifft ferner eine Zahnstangen-Lenkge- -j5 triebe mit' einer in einem Lenkgehäuse gelagerten Schnecke, mit einer in dem Lenkgehäuse in zwei Lagern axial verschiebbaren Zahnstange, die ein mit Zähnen versehenes Ende und ein ebenes Ende aufweist, wobei ein Lager an einem Ende des Lenkgehäuses das ebene Ende der Zahnstange lagert und das Lager am anderen Ende des Lenkgehäuses ein federbelastetes Auflagestück auf der den Zähnen abgewandten Seite der Zahnstange aufweist und gegenüber der.Schnecke angeordnet ist, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zahnstange entlang ihrer Achse mindestens zwei Zonen aufweist, von denen jeweils eine an jeder Seite der Mitte des gezahnten

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Endes der Zahnstange Zähne mit Zahnlücken von unterschiedlicher Höhe besitzt, die eine Veränderung des spielfreien Eingriffszentrumsabstandes zwischen der Schnecke und der Zahnstange bilden, daß der maximale Eingriffszentrumsabstand in der Bewegungsmitte der Zahnstange auftritt und die geringeren Eingriffszentrumsabstände zu beiden Seiten der Bewegungsmittelstellung existieren, daß die Zahnlücken in jeder der Zonen entlang ihren Längen unterschiedliche Höhen haben und daß

-|q die Veränderungen der Höhen der Zahnstangen-Zahnlücken über die Zahnstange unter einem Winkle zu deren Achse auftreten, der 'im wesentlichen der gleiche Winkel wie zwischen der Schneckenachse und der Zahnstahgenachse ist, um eine sich unter diesem Winkel über die Zahnstan-

^g ge erstreckende "Rampe" zu bilden.

,Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung einer Zahnstangenvorlage zur Bildung von Schmiegegesenken für die Formung von Zahnstangen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß eine EDM-Maschine obere und untere Platten sowie Einrichtungen zum Anheben und Absenken der oberen Platte aufweist, daß eine Zahnstangenrohling-Stützeinrichtung vorgesehen ist, die in Richtung der Zahnstangenachse in Längsrichtung auf der unteren Platte bewegbar ist, daß eine Elektrode in Form einer Nachbildung einer Längsschnecke

drehbar in einem an der oberen Platte montierten Rahmen montiert ist, daß Einrichtungen zum unterbrochenen Drehen der Elektrode vorgesehen sind, daß Einrichtungen zur axialen Bewegung des Zahnstangen-Rohlings über die Elektrode hinaus in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Elektrode vorgesehen sind, daß eine Kurvenscheibe zur Bestimmung der Position der Elektrode gegenüber der Achse des Zahnstangen-Rohlings vorhanden ist, und daß ein Kurvenscheibenarm an dem Rahmen angebracht ist und einen Kontakt für eine an die Elektrode und an den Zahnstangen-Rohling angeschlossene Stromquelle herstellt.

Die dimensionellen Unterschiede zwischen einer bekann- -j 5 ten Zahnstange und der erfindungsgemäßen Zahnstange sind zwar gering, jedoch für einen glatten und sicheren Betrieb äußerst kritisch. Dies gilt insbesondere für LenkgetriebeZahnstangen von direkten Lenkgetrieben, die zur Erzielung von kleinen Lenkkräften einen sehr klei^nen Durchmesser und einen steilen Schneckenwinkel verwenden und damit kleine Zähne haben. Bei solchen Lenkgetrieben müssen mehrere Zähne der Zahnstange und der Schnecke die Last gleichzeitig aufnehmen und die Höhe derartiger lastteilender Zähne muß innerhalb weniger tausendstel mm zusamenpassen.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:

Figur I eine Draufsicht auf ein Zahnstangen-Lenkgetriebe, bei dem das Lenkgestänge und der An

schluß an das Steuerrad weggelassen sind;

Figur II einen Schnitt entlang der Linie A-A in Figur I durch ein bekanntes Lenkgetriebe;

Figur III eine Draufsicht auf einen Teil der Zahnstange

in Richtung B in Figur II gesehen, wobei die Schnecke strichpunktiert angedeutet ist;

ή5 Figur IV eine Seitenansicht der in Figur III dargestellten und Richtung C betrachteten Zahnstange;

Figur V eine Ansicht entsprechend Figur II eines erfindungsgemäßen Zahnstangen-Lenkgetriebes;

Figur VI eine Ansicht ähnlich Figur III;

Figur VII einen Schnitt durch die Zahnstange entlang der Linie D-D von Figur VI;

Figur VIII einen Schnitt durch die Zahnstange entlang der Linie E-E in Figur VI;

Figuren
XI, X

perspektivische Ansichten den Zahnstange und der Schnecke zur Darstellung von Unterschieden zwischen einem bekannten und einem erfindungsgemäßen Lenkgetriebe; und

Figuren
XI, XII,
XIII

eine Vorrichtung zur Herstellung einer Zahnstangenvorlage für die Herstellung von Zahnstangen für . ein erfindungsgemäßes Zahnstangen-Lenkgetriebe.

Die Figuren I und II zeigen eine Zahnstange 1 mit einer Achse 1a, die in einem Lenkgehäuse 2 verschiebbar und in einem Lager 3 an einem Ende des Lenkgehäuses 2 gelagert ist. Am anderen Ende liegt die Zahnstange 2 auf einem in Figur II erkennbaren Auflagestück 4 und wird von einer Feder 6 gegen eine Schneck 5 gedrückt.

Die Schnecke 5 ist durch Lager 7 und 8 im Lenkgehäuse 2 gelagert und um eine Schneckenachse 5a drehbar. Die Bewegungen des Auflagestücks 4 sind durch eine Einstellschraube 9 derart begrenzt, daß in der Mittelstellung üblicherweise ein Spalt 10 von 0,08 mm zwischen dem Auflagestück 4 und der Einstellschraube 9 besteht.

In Figur II ist die Zahnstange 1 in ihrer Mittelstellung geschnitten, die dann gegeben ist, wenn ein Kraftfahrzeug geradeaus fährt. Die Schnecke 5 ist ebenfalls in der Ebene der Schneckenachse 5a teilweise geschnitten, um den typischen Eingriff der Zähne von Zahnstange 1 und Schnecke 5 zu zeigen. Die Querebene der Zahnstange 1 ist durch die strichpunktierte Linie 1b angedeutet.

-J₀ Die Schnecke 5 hat üblicherweise einen steilen Schraubenwinkel, der aus der kombinierten Wirkung seiner Einstellung in einem gewissen Winkel 11 zur Normalen 1c auf die Zahnstangenachse 1a (Figuren I und III) und der Neigung der Zahnstangenzähne zur Normalen 1c auf die

-| 5 Zahnstangenachse, nähmlich dem Winkel 12 gemäß Figur III stammt. Wie bereits weiter oben erwähnt, weist die

^% Zahnstange 1 Zahnlücken von unterschiedlicher Höhe in bezug auf die Querebene 1b gemäß Figur IV auf, wobei die mittlere Zahnlücke 16 am höchsten ist. Die rechts ^und links von der mittleren Zahnlücke 16 liegenden Zahnlücken 15, 14 und 13 sowie 17, 18 und 19 liegen aus den zuvor erwähnten Gründen tiefer als die Zahnlücke 16.

Der Unterschied in der Höhe der Zahnlücken 13 und 16 sowie 19 und 16 ist hier übertrieben dargestellt und kann plötzlich stufenartig auftreten oder über mehrere

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Zähne verteilt sein, um eine ansteigende Rampe zu ergeben. In ähnlicher Weise kann mehr als eine Zahnlücke von maximaler Höhe vorgesehen sein. Der Grund für die übersteigerte Darstellung der Zähne liegt darin, daß die Wirkung auf das Kämmen der Schnecken- und Zahnstangenzähne im Bereich der Stufe oder der Rampe der Zahnstangehöhen überzeichnet werden soll.

Wie bereits erwähnt werden die Zähne der Zahnstange 1 -]q üblicherweise durch Räumen hergestellt, wobei jeder Zahn von einer eigenen Gruppe von Zähnen in der Räumstange geformt wird. Es kann daher keine Zahnlücke über ihre gesamte Länge in der Höhe variieren.

^5 Dieses Ergebnis ist in Figur II dargestellt, in der man erkennt, daß in der Mittelstellung der Zahnstange 1 drei Zähne der Schnecke 5, die alle die gleiche Höhe haben, gleichzeitig in die Zahnlücken 15, 16 und 17 der Zahnstange 1 in unterschiedlichen Höhen in bezug auf die Querebene 1b eingreifen. Unabhängig davon, daß die Zahnlücke 16 der Zahnstange 1 unter der Wirkung der Feder 6 eng an dem entsprechenden Zahn der Schnecke 5 anliegt, kämmen die Zahnlücken 15 und 17 mit den zugehörigen Schneckenzähnen nur mit einem Spiel. Wie bereits erwähnt ist mit dem Ausdruck "Höhe" in bezug auf die Zahnlücken der Zahnstange die Beziehung zwischen

den Arbeitsflanken und der Querebene und nicht die Spitzen oder Wurzeln der Zähne gemeint.

Auf die Zahnstange 1 von der Federung ausgeübte starke Stöße werden nur schlecht übertragen, was zum Bruch der Zähne führen kann. Außerdem kann die Zahnstange 1 unter der Wirkung der steilen Schraube der Schnecke 5 aufgrund von Straßenunebenheiten abwechselnd von einer Seite zur anderen rollen, wenn ihre axiale Belastung in

-^O der Zahnstangenachse 1a umgekehrt wird, wodurch abwechselnd das Spiel in den Zahnlücken 15 und 17 gemäß Figur II aufgenommen wird. Dies führt zu einem Zahnstangenrattern beim Geradeauslauf, bei dem die Symmetrie der Lastverteilung dieses Phänomen am meisten unter-

.} 5 stützt. Wenn andererseits mehrere mittlere Zahnlücken der Zahnstange 1 hoch gemacht werden, dann kann der in

', der mittleren Zahnlücke auftretende intensive lokale Verschleiß bei der Einstellung zu einer Bindung der unverschlissenen hohen Zahnlücken neben der mittleren Zahnlücke führen.

Die Figuren V, VI und VII zeigen demgegenüber eine erfindungsgemäße Zahnstange. In Figur V kämmen Zahnlücken 35, 36 und 37 der Zahnstange 21 mit den entsprechenden Zähnen der Schnecke 25, und zwar gleichmäßig und ohne Spiel. Und zwar erfolgt dies nicht nur in der

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Mittelstellung der hier dargestellten Zahnstangenbewegung, sondern ebenso an allen Stellen des Zahnstangenweges, einschließlich derjenigen Stellen, an denen sich der Eingriffszentrumsabstand verändert.

Um dies zu erreichen muß die Höhe der Zahnlücken 35 und 37 der Zahnstange 21 am Kreuzungspunkt mit der Schnekkenachse 25a, beispielsweise in den Ebenen 40 und 41 parallel zur Zahnstangenachse 21a gleich hoch wie die mittlere Zahnlücke 36 sein.

Andererseits müssen die Höhen der Zahnlücken 35 und 37 am Schnittpunkt mit der Zahnstangenachse 21a wesentlich geringer als die Höhe der Zahnlücke 36 am Schnittpunkt mit den Ebenen 40 und 41 sein. Diese Verhältnisse sind für die Zahnlücken 36 und 37 in den Figuren VII und VIII dargestellt, welche Schnitte entlang den Linien D-D und E-E in Figur VI sind. Ein ähnlicher Schnitt für den Zahn 35 wäre eine Spiegelbild um die Vertikalachse der Ausführung gemäß Figur VIII. Es ist klar, daß solche Schnittformen nicht durch Räumen herstellbar sind.

Bestimmte Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Zahnstangen lassen sich am besten anhand der

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perspektivischen Figuren IX und X erläutern, in denen lediglich die Zahnstange und die Schnecke dargestellt sind. Dabei sind die Zähne der Zahnstange und der Schnecke wesentlich kleiner dargestellt und es sei angenommen, die Schnecke rolle und bewege sich gegenüber der feststehenden Zahnstange in Richtung der Pfeile. Die in Figur II bezeichneten Winkel 11 und 12 sind hier durch die Winkel 11a und 12a gegenüber der Normalen zur Zahnstangenachse 1c eingezeichnet.

Zu Vergleichszwecken sei angenommen, daß diese Winkel für den Fall von bekannten Zahnstangen gemäß Figur IX gleich groß sind wie für die erfindungsgemäßen Zahnstan-

-j 5 gen gemäß Figur X. Man erkennt, daß bei Auftreffen der Schnecke in Figur IX auf eine Rampe 62 die Schnecke die .Zähne an einer Seite der Zahnstange 61 stark belastet und diese daher zum Rollen veranlaßt. Ein derartiges Rollen erfolgt jedoch nur dann, wenn die Last auf Zähne a-ⁿ gegenüberliegenden Seiten der Zahnstange 61 und nicht gleichmäßig über deren Breite verteilt wird.

Demgegenüber berührt die Schnecke gemäß Figur X eine Rampe 52 jederzeit gleichmäßig über ihre gesamte Breite.

In der Mittelstellung der Bewegung der Schnecke gegenüber der Zahnstange unterstützt die Schnecke gemäß Figur IX darüber hinaus das Rollen der Zahnstange, während dies- bei der Ausführung gemäß Figur X nicht der Fall ist.

Es wird darauf hingewiesen, daß diese Figuren lediglich beispielhaft sind und nur dazu dienen, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern. In der Praxis liegen _._n in den meisten Fällen die Spitzen aller Zähne der Zahnstange in einer Ebene, während die in den Figuren IX und X erkennbare "Rampe" lediglich in der Ausbildung der Flanken der betroffenen Zahnlücken existiert.

^₅ Die Schwierigkeiten der Herstellung von Zahnstangen mit Zähnen von einer so komplexen Geometrie wie Figur X liegen auf der Hand. Räumverfahren können nicht angewendet werden, da die einzelnen Zähne Schnittprofile gemäß den Figuren VII und VIII erfordern. Die Formen der Zähne im Rampenbereich' oder in der Rampe 52 von Figur X werden vom Schneckenanstellwinkel 11a und dem Durchmesser der Schnecke abgeleitet (eine unendlich große Schnecke würde lediglich den höchsten Punkt der Zahnstange berühren).

Daraus folgt, daß die Zähne der Rampe 52 lediglich dann von einem Formwerkzeug fehlerfrei herstellbar sind, wenn dies eine Nachbildung der Schnecke oder ein Schneidwerkzeug ist, das einen Zahn oder Zähne aufweist, die Nachbildungen der Schneckenzähne sind und von denen jeder einzelne gegenüber der Zahnstangenquerebene 21b in einer Weise bewegt wird, welche die vier Pfeile von Figur IX kombiniert.

-jO Die Schwierigkeiten sind sehr ähnlich denjenigen, die bei der Herstellung von Zahnstangen mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis gemäß australischer Patentschrift 462 162 auftreten. Gemäß dieser Patentschrift verändert sich die Steigung der Zähne der Zahnstange

-15 über deren Länge und es treten unterschiedliche Druckwinkel sowie Neigungswinkel auf. Gemäß der erwähnten - Patentschrift gibt es Zonen auf jeder Seite der Mittelstellung der Zahnstangenbewegung, in denen sich die Eigenschaften der Zähne schnell ändern und die Bildung derartiger Zähne muß von einem Schneidwerkzeug oder einem Formwerkzeug erfolgen, das eine Nachbildung der Schnecke ist und das in bezug auf die Zahnstangenachse ähnlich wie die richtige Schnecke bewegt werden muß.

In einer Maschine, die mittels eines solchen Schneidwerkzeuges Zahnstangen schneiden kann, sollte das

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Schneidwerkzeug in der gewünschten Kämmbeziehung bewegt werden, um Zähne in die Zahnstange mit veränderlichem Verhältnis einzuschneiden und es soll außerdem Vorsorge dafür getroffen werden, um das Schneidgerät auf die Zahnstangenquerebene 21b zu und von dieser weg zu bewegen, wie dies beispielsweise durch den Pfeil 53 angedeutet ist, um die Rampe 52 zu erzeugen.

Ein anderes, erfolgreich angewandtes Verfahren zur Er-

-|q zeugung von Zahnstangen mit veränderlichem Verhältnis verwendet eine Elektrode, die eine Nachbildung der Schnecke ist und welche in einer Elektroentladungsbearbeitungsmaschine (EDM) die obigen Bewegungen ausführt, während sie in die Zahnstange eingreift und diese ausar-

-J₅ beitet.

Eine für diesen Zweck geeignete Vorrichtung ist in den Figuren. XI, XII und XIII dargestellt. Die Zahnstange 70 weist eine Längsachse 70a auf und ist in einer Gleitführung 71 gelagert, welche sich auf Bahnen 72 eines Tisches 73 bewegen. Diese Bewegung wird von einer Schneckennocke 74 gesteuert, welche auf eine von der Gleitführung 71 getragene Rolle 75 wirkt. Eine Feder 76 drückt die Rolle 75 andauernd an die Schneckennocke 74.

Die Schneckennocke 74 ist an einem Zahnrad 77 befestigt und dreht sich mit diesem auf einer am Tisch 73 befestigten Spindel 78. Das Zahnrad 77 wird über Freilaufräder 79 und 80 von einem Zahnrad 81 getrieben, das seinerseits von Kegelrädern 82 und 83 angetrieben ist. Eine Elektrode 84 ist mit einem Ende an einer Spindel 85 befestigt und wird an ihrem anderen Ende von einer Zentrierspitze 86 gehalten, wobei sowohl die Spindel 85 als auch die Zentrierspitze 86 von einem Rahmen 87 ge- -jQ tragen sind. Der Rahmen 87 ist um eine Vertikalachse 88 schwenkbar an einer oberen Platte 89 der EDM-Maschine montiert. Diese obere Platte 89 ist in an sich bekannter Weise auf und ab bewegbar.

-j 5 Der Tisch 73 ist mit einer unteren Platte 90 der EDM-Maschine befestigt, welche einen Dielektrikumtank 91 auf-'weist. Man erkennt, daß sich alle Zahnräder mit Ausnahme des Zahnrades 77 zusammen mit der Auf- und Abwärtsbewegung der oberen Platte 89 bewegen. Das Freilaufrad 79 hat eine große Zahnbreite, um eine solche Bewegung ohne Ausrückung aus dem Zahnrad 77 zuzulassen. Die Spindel 85 und damit die Elektrode 84 werden in kleinen Schritten durch ein Klinkenrad 92 und einen Hubmagnet 93 gedreht. Die schrittweise Drehung der Elektrode 84 wird über die Zahnräder auf die Schneckennocke 74 übertragen und bewirkt .somit eine schrittweise Verschiebung der Gleitführung 71 und damit der Zahnstange 70.

Die Schneckennocke 74 ist im Falle von Zahnstangen mit gleichmäßigem Übersetzungsverhältnis eine gleichmäßige Schnecke, während sie im Falle einer veränderlichen Steigung eine ungleichmäßige Schnecke ist.

Es wird darauf hingewiesen, daß den Winkel zwischen der

Achse der Spindel 85 und der Zahnstangenachse 70a, der im vorliegenden Fall als rechter Winkel dargestellt ist, auch ein Winkel entsprechend dem Winkel "I¹I von -IQ Figur VI sein kann.

In einer üblichen EDM-Maschine trägt die obere Platte eine Elektrode, welche zur Berührung des auf der unteren Platte befestigten Werkstücks abwärts bewegt wird.

-| 5 Die Elektrode und das Werkstück sind an die Anschlüsse einer elektrischen Stromquelle angeschlossen, welche eine Spitzenentladung zwischen beiden verursacht und das Werkstück dadurch ausarbeitet. Eine Kurzschlußbildung wird dadurch vermieden, daß die obere Platte sofort ein wenig nach oben bewegt wird, wenn ein solcher Kurzschluß zu befürchten ist, wodurch ein nahezu konstanter Entladungsspalt aufrechterhalten wird. Ein an der oberen Platte angebrachter Mikroschalter ist so eingestellt, daß die Elektrode aus dem Werkstück zurück— gezogen wird, wenn die gewünschte Tiefe erreicht ist.

Bei der bekannten Vorrichtung wird der übliche Mikroschalter durch einen Schalter 94 ersetzt, welcher einen Kontaktarm aufweist, der auf einer auf der Gleitführung 71 befestigten Kurvenscheibe 95 läuft. Beim Schließen des Schalters 94 wird ein Strom durch den Hubmagneten 93 geleitet, wodurch die Elektrode 84 ein Stück weitergedreht und die Zahnstange 70 weitergeschoben wird.

-IQ Die dadurch bewirkte Verkleinerung des Entladungsspaltes läßt die Maschine die obere Platte 89 etwas anheben und die Erosion des nächsten Teils der Zahnstange 70 wird begonnen.

-j 5 Die Kurvenscheibe 95 wirkt somit als Endanschlag für die Abwärtsbewegung der Elektrode 84. Wenn die Kurven-

"> scheibe 95 nun mit einer Wölbung 96 versehen ist, dann wird auch eine entsprechende Wölbung oäer Erhebung in der Zahnstange 70 gebildet, die erodiert wird. Alle Merkmale dieser Erhebung oder Wölbung sind in bezug auf die Zahnstange 70 auf identische Weise ausgerichtet, wie die Schnecke ausgerichtet ist.

Keines der beiden zuvor erwähnten Verfahren ist besonders gut für eine Massenproduktion geeignet, sondern dient vorzugsweise zur Herstellung einer Zahnstangenvorlage, mit der ein Formgesenk herstellbar ist.

Anstatt das Schneidwerkzeug oder die Elektrode auf die Zahnstangenquerebene in der zuvor beschriebenen Weise zu oder von diesen wegzubewegen, kann das Schneidwerkzeug auch eine abgewandelte Form haben und zu einer Bewegung gegenüber der Zahnstange eingestellt sein oder eine Form haben, welche die mittlere Zahnlücke schmaler und die seitlichen Zahnlücken breiter formt, um auf diese Weise die gewünschte Veränderung des spielfreien Eingriffszentrumsabstandes und die gewünschte schnecken-

-]0 orientierte Form zu ergeben. Ein solches Verfahren wird jedoch nicht bevorzugt, da bei ihm die Zahnfüße auf der gleichen konstanten Höhe liegen, wie dies durch die gestrichelten Linien 63 und 64 in den Figuren VII und VIII dargestellt ist. Aus Zahnfestigkeitsüberlegungen

-| 5 ist es zweckmäßig, daß die Füße der Zähne die gleiche Höhenänderung in bezug auf die Zahnstangenquerebene wie die gesamte Zahnform haben. Andererseits können jedoch die Zahnspitzen ohne Nachteil parallel zur Zahnstangenquerebene gemacht werden.

HU/lsch/wo

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Claims

Patentansprüche

Zahnstangen-Lenkgetriebe mit einer in einem Lenkgehäuse gelagerten Schnecke, mit einer in dem Lenkgehäuse in zwei Lagern axial verschiebbaren Zahnstange, die ein mit Zähnen versehenes Ende und ein ebenes Ende aufweist, wobei ein Lager an einem Ende des Lenkgehäuse das ebene Ende der Zahnstange lagert und das Lager am anderen Ende des Lenkgehäuses ein federbelastetes Auflagestück auf der den Zähnen abgewandten Seite der Zahnstange aufweist

und gegenüber der Schnecke angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange entlang ihrer Achse mindestens zwei Zonen aufweist, von denen jeweils eine an jeder Seite der Mitte des gezahnten Endes der Zahnstange Zähne mit Zahnlücken von unterschiedlicher Höhe besitzt, die eine Veränderung des spielfreien Eingriffszentrumsabstandes zwischen der Schnecke und der Zahnstange bilden, daß der maximale Eingriffszentrumsabstand in der

-^O Bewegungsmitte der Zahnstange auftritt und die geringeren Eingriffszentrumsabstände zu beiden Seiten der Bewegungsmittelstellung existieren, daß die Zahnlücken in jeder der Zonen entlang ihren Längen unterschiedliche Höhen haben und daß die

-|-g Höhen aller derjenigen Teile der Zahnlücken, welche die Schnecke in irgendeiner Position der Zahnstangenbewegung berühren, in jeder Zone gleich sind.
2. Zahnstangen-Lenkgetriebe mit einer in einem Lenkgehäuse gelagerten Schnecke, mit einer in dem Lenkgehäuse in zwei Lagern axial verschiebbaren Zahnstange, die ein mit Zähnen versehenes Ende und ein ebenes Ende aufweist, wobei ein Lager an einem Ende des Lenkgehäuse das ebene Ende der Zahnstange lagert und das Lager am anderen Ende des Lenkgehäu-

ses ein federbelastetes Auflagestück auf der den Zähnen abgewandten Seite der Zahnstange aufweist und gegenüber der Schnecke angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange entlang ihrer Achse mindestens zwei Zonen aufweist, von denen jeweils eine an jeder Seite der Mitte des gezahnten Endes der Zahnstange Zähne mit Zahnlücken von unterschiedlicher Höhe besitzt, die eine Veränderung des spielfreien Eingriffszentrumsabstandes

-[O zwischen der Schnecke und der Zahnstange bilden, daß der maximale Eingriffszentrumsabstand in der Bewegungsmitte der Zahnstange auftritt und die geringeren Eingriffszentrumsabstände zu beiden Seiten der Bewegungsmittelstellung existieren, daß

-|5 die Zahnlücken in jeder der Zonen entlang ihren Längen unterschiedliche Höhen haben und daß die Veränderungen der Höhen der Zahnstangen-Zahnlücken über die Zahnstange unter einem Winkel zu deren Achse auftreten, der im wesentlichen der gleiche Winkel wie zwischen der Schneckenachse und der Zahnstangenachse ist, um eine sich unter diesem Winkel über die Zahnstange erstreckende "Rampe" zu bilden.
3. Lenkgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Zahnwurzeln der Zahnstange und der Zahnstangenachse in der gleichen Weise wie die Höhen der Zahnlücken variiert.
4. Verfahren zum Herstellen einer Zahnstangen-Vorlage zur Herstellung von Schmiedegesenken für die Herstellung einer Zahnstange gemäß Anspruch 1 oder 2,

-IQ dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode einer EDM-Maschine eine Nachbildung der Schnecke ist und gegenüber dem Zahnstangen-Rohling auf ähnliche Weise wie die Schnecke gegenüber der Zahnstange bei dem Lenkgetriebe bewegt wird, um dadurch Zahnstange genzähne der gewünschten Form durch Erosion zu formen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode gegenüber dem Zahnstangen-Rohling derart bewegt wird, daß Zähne von veränderlicher Steigung in der Zahnstange gebildet werden.
6. Vorrichtung zur Herstellung einer Zahnstangen-Vorlage zur Bildung von Schmiedegesenken für die Formung von Zahnstangen gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine EDM-Maschine obe-

re und untere Platten sowie Einrichtungen zum Anheben und Absenken der oberen Platte aufweist, daß eine Zahnstangenrohling-Stützeinrichtung vorgesehen ist, die in Richtung der Zahnstangenachse in Längsrichtung auf der unteren Platte bewegbar ist, daß eine Elektrode in Form einer Nachbildung einer Längsschnecke drehbar in einem an der oberen Platte montierten Rahmen montiert ist, daß Einrichtungen zum unterbrochenen Drehen der Elektrode vorgesehen sind, daß Einrichtungen zur axialen Bewegung des Zahnstangen-Rohlings über die Elektrode hinaus in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Elektrode vorgesehen sind, und daß Einrichtungen vorhanden sind, welche die Höhenposition der Elektrode gegenüber der Achse des Zahnstangen-Rohlings in vorgegebener Höhenbeziehung gemäß der Position der Elektrode bezüglich ihrer Bewegung entlang der Zahnstangenachse bestimmen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Kurvenscheibe die Form einer ungleichmäßigen Schnecke hat, die eine axiale Bewegung des Zahnstangen-Rohlings in der Weise verursacht, daß Zähne mit unterschiedlicher'Steigung in der Zahnstange gebildet werden.