ANWENDUNGSGEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung befaßt sich mit einer Hinterrad-Lenkvorrichtung für
ein allradgelenktes Fahrzeug, bei dem die Hinterräder durch eine
Querbewegung in Richtung nach rechts und links bezüglich einer
Hinterrad-Lenkzahnstange in Abhängigkeit von einem Lenkwinkel der
Vorderräder gelenkt werden, wobei die Lenkvorrichtung eine
Eingangswelle aufweist, welche sich in Abhängigkeit von einem
Lenkwinkel der Vorderräder um eine Achse dreht, welche von der
Vorderseite zu der Rückseite des Fahrzeugs, das heißt in
Längsrichtung des Fahrzeugs, weist. Eine solche Lenkvorrichtung
ist beispielsweise aus EP-A-0 269 088 bekannt.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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Bei einem allradgelenkten Fahrzeug, bei dem ein Ansprechen auf
einen Lenkwinkel vorhanden ist, werden die Hinterräder gezwungen,
auf komplizierte Weise in Abhängigkeit von dem Lenkwinkel der
Vorderräder eine Bewegung auszuführen. Beispielsweise weist eine
Hinterrad-Lenkvorrichtung, welche in der geprüften japanischen
Patentveröffentlichung 60-44186 angegeben ist, eine Nocke auf,
welche sich in Abhängigkeit von dem Lenkwinkel der Vorderräder
bewegt, und eine Nockennachlaufeinrichtung, welche passend an der
Hinterrad-Lenkwelle angebracht ist, wobei die Hinterrad-Lenkwelle
in Richtung nach rechts und links durch übertragen der Bewegung
der Nocke auf die Hinterrad-Lenkwelle über die
Nockennachlaufeinrichtung bewegt wird, und die Hinterräder durch die in
Querrichtung gerichtete Bewegung der Hinterrad-Lenkwelle gelenkt werden.
Auch bei einer Hinterrad-Lenkvorrichtung, die in der ungeprüften
japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung 60-50078 beschrieben
ist, wird eine Hinterrad-Lenkzahnstange nach rechts und links
durch die Übertragung der Drehbewegung einer Eingangswelle nach
Maßgabe des Lenkwinkels der Vorderräder auf die Hinterrad-
Lenkzahnstange über einen Kurbelmechanismus und eine
Planetengetriebeeinrichtung bewegt, und die Hinterräder werden durch die
in Querrichtung gerichtete Bewegung der Hinterrad-Lenkzahnstange
gelenkt.
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Wenn bei einem allradgelenkten Fahrzeug sowohl die Vorderräder
als auch die Hinterräder in ihre Geradeauslauf-Lenkposition
zurückgestellt werden, tritt sowohl bei den Vorderrädem als auch
bei den Hinterrädem ein Widerstand gegenüber dem Untergrund auf,
welchen die Räder kontaktieren. Somit benötigt man bei einem
allradgelenkten Fahrzeug eine größere Kraft, um das Lenkrad in
die Geradeauslauf-Lenkposition zurückzustellen im Vergleich zu
einem Fahrzeug, bei dem nur die Vorderräder gelenkt werden. Um
diese Schwierigkeit zu überwinden, ist eine Einrichtung (siehe
ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung 62-181961)
vorgeschlagen worden, bei der eine Bezugsfläche auf dem Äußeren
einer Lenksäule ausgebildet ist, welche ein Lenkrad mit der
Vorderrad-Lenkvorrichtung verbindet, und ein Andrückteil auf die
Bezugsfläche mit Hilfe einer Feder gedrückt wird, und somit eine
Kraft in einer solchen Weise als Resultierende erzeugt wird, daß
die Lenksäule in die Geradeauslauf-Lenkposition zurückgestellt
wird. Eine weitere Einrichtung wurde (siehe ungeprüfte japanische
Patentveröffentlichung 62-181960) vorgeschlagen, bei der eine
Torsionsschraubenfeder bzw. Torsionsspiralfeder um eine
Verbindungswelle gewunden ist, welche die Vorderrad-Lenkvorrichtung
mit der Hinterrad-Lenkvorrichtung verbindet, wobei die Auslegung
derart getroffen ist, daß ein Ende der Torsionsfeder mit der
Verbindungswelle verbunden ist, und das andere Ende mit der
Fahrzeugkarosserie verbunden ist. Hierbei wird als Resultierende
eine Kraft erzeugt, welche derart wirkt, daß die Verbindungswelle
in die Geradeauslauf-Lenkposition zurückgestellt wird.
ZIELSETZUNG UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei der üblichen Einrichtung, bei der eine Lenkkraft über eine
Nocke und eine Nockennachlaufeinrichtung auf die Hinterrad-
Lenkwelle übertragen wird, ist der bei der Übertragung
auftretende Widerstand zu groß, um eine Lenkbewegung auf eine
gleichförmige Weise zu ermöglichen. Bei einer weiteren üblichen
Einrichtung, bei der eine Lenkkraft über eine Kurbeleinrichtung
und eine Planetengetriebeeinrichtung auf die
Hinterrad-Lenkzahnstange übertragen wird, wird die Auslegung dieser Einrichtung zu
kompliziert, als daß sie sich im praktischen Einsatz als
zweckmäßig erweisen könnte, und der Übertragungswirkungsgrad für
die Lenkkraft wäre gering.
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Die Lenksäule, welche das Lenkrad mit der
Vorderrad-Lenkvorrichtung verbindet, führt eine Drehbewegung im allgemeinen über
360º hinausgehend aus. Wenn das Andrückteil auf die Bezugsfläche
gedrückt wird, welche auf der Außenseite der Lenksäule
ausgebildet ist, wird das Andrückteil auf die Bezugsfläche selbst dann
gedrückt, wenn die Lenksäule aus ihrer Geradeauslauf-Lenkposition
herausbewegt worden ist, und daher kann die Lenksäule in eine
andere Position als die Geradeauslauf-Lenkposition zurückgestellt
werden. Da ferner die Federkraft der Feder, welche auf die
Lenksäule wirkt, in eine einzige Richtung gerichtet ist, kann
es bei Lagern, welche die Lenksäule lagern, zu zu Abweichungen
führenden Verschleißerscheinungen kommen. Wenn andererseits die
Verbindungswelle, welche die Vorderrad-Lenkvorrichtung mit der
Hinterrad-Lenkvorrichtung verbindet, in die Geradeauslauf-
Lenkposition unter Einsatz der Federkraft der
Torsionsschraubenfeder zurückgestellt und so wird der Torsionswinkel der
Torsionsschraubenfeder kleiner, wenn die Verbindungswelle sich in der
Nähe der Geradeauslauf-Lenkposition befindet. Daher kann man an
dieser Stelle keine ausreichende Rückstellkraft mehr in der Nähe
der Geradeauslauf-Lenkposition erzeugen. Ferner reiben die
Drahtspiralwindungen, welche die Torsionsschraubenfeder bilden,
gegeneinander, wodurch sich ein Verschleiß ergibt. Ferner führt
die Torsionsschraubenfeder auch zu Schwierigkeiten hinsichtlich
ihrer Verbindung. Selbst wenn sie in geeigneter Weise angeordnet
ist, besteht leicht die Gefahr, daß die Torsionsfeder sich lösen
kann.
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Die Erfindung zielt darauf ab, eine Hinterrad-Lenkvorrichtung für
ein allradgelenktes Fahrzeug bereitzustellen, bei der die
vorstehend genannten Nachteile überwunden sind.
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Die Hinterrad-Lenkvorrichtung nach der Erfindung weist eine
Eingangswelle auf, welche sich um eine Achse in Abhängigkeit von
dem Lenkwinkel des Vorderrades dreht, welche von der Vorderseite
zu der Rückseite, das heißt in Längsrichtung des Fahrzeugs,
weist, sie weist ferner eine Spindelwelle auf, welche mit der
Eingangswelle eine Einheit bildet und eine Achse besitzt, welche
exzentrisch zu der Achse der Eingangswelle angeordnet ist, sowie
eine Mutter, welche in Kämmeingriff mit der Spindelwelle ist,
eine zahnstange, welche auf der Mutter ausgebildet ist, und ein
Ritzel, welches in Kämmeingriff mit der Zahnstange und mit der
Mutter verbunden ist, wobei bei dieser Lenkvorrichtung das Ritzel
derart gelagert ist, daß es um eine im wesentlichen vertikale
Achse drehbar ist und in Richtung nach rechts und links in
Querrichtung beweglich ist, und wobei das Ritzel in Kämmeingriff
mit einer Hinterrad-Lenkzahnstange ist.
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Die Drehbewegung der Eingangswelle bewirkt, daß die Spindelwelle,
welche mit der Eingangswelle eine Einheit bildet, eine
Drehbewegung ausführt. Die Drehbewegung der Spindelwelle bewirkt, daß die
Mutter, welche in Kämmeingriff mit der Spindelwelle ist, sich
Vorwärtsrichtung und Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs (das heißt
in Längsrichtung) bewegt. Diese Längsbewegung der Mutter bewirkt,
daß das Ritzel, welches in Kämmeingriff mit der Zahnstange ist,
die auf der Mutter ausgebildetist, eine Drehbewegung um die im
wesentlichen vertikale Achse ausführt. In Abhängigkeit von der
Drehbewegung des Ritzeis bewegt sich die
Hinterrad-Lenkzahnstange, welche in Kämmeingriff mit dem Ritzel ist, in
Querrichtung in Richtung nach rechts und links. Auch bewirkt die
Drehbewegung der Eingangswelle, daß die Spindelwelle, welche eine
Achse hat, die exzentrisch zu der Achse der Eingangswelle
angeordnet ist, eine schnelldrehende Bewegung bzw. eine
Wirbelbewegung ausführt. In Abhängigkeit von dieser Wirbelbewegung der
Spindelwelle bewegt sich die Mutter, welche in Kämmeingriff mit
der Spindelwelle ist, in Querrichtung in Richtung nach rechts und
links. Diese Querbewegung der Mutter bewegt das Ritzel in
Querrichtung. Diese Querbewegung des Ritzels bewegt die
Hinterrad-Lenkzahnstange, welche in Kämmeingriff mit dem Ritzel ist,
ebenfalls in Querrichtung. Insbesondere ist die Querbewegung der
Hinterrad-Lenkzahnstange eine Kombination aus einer Bewegung,
welche von der Drehbewegung der Spindelwelle herrührt und der
Bewegung, welche von der Wirbelbewegung der Spindelwelle
herrührt. Die Lenkung der Hinterräder erfolgt durch die in
Querrichtung gerichtete Bewegung der Hinterrad-Lenkzahnstange.
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Die Verschiebung der Hinterrad-Lenkzahnstange, welche aus der
Drehbewegung der Spindelwelle resultiert, ändert sich
proportional zu dem Vorderrad-Lenkwinkel. Die Verschiebung der Hinterrad-
Lenkzahnstange, welche von der Wirbelbewegung der Spindelwelle
herrührt, ändert sich periodisch in Abhängigkeit von dem
Vorderrad-Lenkwinkel. Wenn man ein entsprechend geeignetes
Übersetzungsverhältnis von Ritzel und Zahnstange sowie der
Exzentrizität der Spindelwellenachse zu der Eingangswellenachse
wählt, wird ermöglicht, daß die Hinterrad-Lenkzahnstange auf eine
gewünschte Weise in Abhängigkeit von Veränderungen des Vorderrad-
Lenkwinkels bewegt wird. Die Vorrichtung nach der Erfindung ist
hinsichtlich des Übertragungswiderstandes der Lenkkraft so
ausgelegt, daß dieser kleiner als bei der Einrichtung ist, bei
der die Nocke und die Nockennachlaufeinrichtung eingesetzt
werden. Somit erhält man einen besseren Übertragungswirkungsgrad.
Ferner ist die Auslegung der Übertragungseinrichtungen für die
Lenkkraft einfacher als bei einer Auslegung, bei der eine
Kurbeleinrichtung und eine Planetengetriebeeinrichtung eingesetzt
werden. Daher ergeben sich auch konstruktive Vorteile.
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Die Lenkvorrichtung nach der Erfindung weist vorzugsweise ein
Gehäuse auf, welches an der Fahrzeugkarosserie angebracht ist.
Ein Schwenkteil, welches durch das Gehäuse derart gelagert ist,
daß es in Querrichtung um eine im wesentlichen vertikale Achse
eine Schwenkbewegung in Richtung nach rechts und links ausführen
kann, ein Zylinder, welcher durch das Schwenkteil mit dem Ritzel
derart gelagert wird, daß diese eine Drehbewegung um eine im
wesentlichen vertikale Achse ausführen können, ist vorgesehen,
wobei das Ritzel und der Zylinder entlang der nach rechts und
links weisenden Querrichtung angeordnet sind. Das Ritzel ist mit
der Mutter durch eine Zwischenanordnung der Mutter zwischen dem
Ritzel und dem Zylinder verbunden.
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Da die Schwenkbewegung des Schwenkteils bewirkt, daß das Ritzel
und der Zylinder sich in Querrichtung bewegen, bewegen sich das
Ritzel und der Zylinder auf einer Bogenumlaufbahn. In
Abhängigkeit von der Verschiebung, welche von der Schwenkbewegung des
Schwenkteils herrührt, ändert sich daher der Querabstand in
Richtung nach rechts und links zwischen dem Ritzel und dem
Zylinder. Wenn der Querabstand zwischen dem Ritzel und dem
Zylinder kleiner wird, werden das Ritzel und der Zylinder enger
gegen die Mutter gedrückt. Somit wird eine vor- und
zurückgerichtete Bewegung der Mutter verhindert, wodurch verhindert wird, daß
die Hinterrad-Lenkzahnstange in genauer Weise der Drehbewegung
der Spindelwelle folgt. Wenn der Querabstand zwischen dem Ritzel
und dem Zylinder größer wird, tritt ein größerer Zwischenraum
zwischen der Mutter und dem Ritzel auf, wodurch verhindert wird,
daß die Hinterrad-Lenkzahnstange in genauer Weise der
Wirbelbewegung der Spindelwelle folgt. Um diese Schwierigkeit zu
überwinden, ist der Kontaktabschnitt der Mutter mit dem Zylinder
vorzugsweise ungleichmäßig nach Maßgabe der Veränderung des
Querabstands zwischen dem Ritzel und dem Zylinder ausgebildet.
Eine solche Auslegung ermöglicht, daß die Breite der Mutter an
einer Stelle kleiner wird, an der der Querabstand zwischen dem
Ritzel und dem Zylinder kleiner ist, und daß die Breite der
Mutter an einer Stelle größer wird, an der der Querabstand
zwischen dem Ritzel und dem Zylinder größer wird. Somit wird das
Ritzel nicht gegen die Mutter mit einer großen Kraft gedrückt,
und es wird kein großer Zwischenraum zwischen dem Ritzel und der
Mutter gebildet. Als Folge hiervon folgt die
Hinterrad-Lenkzahnstange genau der Drehbewegung und der Wirbelbewegung der
Spindelwelle.
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In der Geradeauslauf-Lenkposition ist der Geradenabschnitt,
welcher den Drehmittelpunkt des Ritzels mit dem Drehmittelpunkt
des Zylinders verbindet, vorzugsweise parallel zu einer Achse,
welche bezüglich der Hinterrad-Lenkzahnstange von links nach
rechts weist, und der Geradenabschnitt, welcher den
Drehmittelpunkt des Ritzels mit dem Schwenkmittelpunkt des Schwenkteils
verbindet, ist vorzugsweise senkrecht zu der Achse der Hinterrad-
Lenkzahnstange. Der Geradenabschnitt, welcher den Drehmittelpunkt
des Ritzels mit dem Drehmittelpunkt des Zylinders oder der
Trommel verbindet, ist parallel zu der Achse der Hinterrad-
Lenkzahnstange in der Geradeauslauf-Lenkposition, wenn das Ritzel
einen Druck ausübt, welcher auf die Hinterrad-Lenkzahnstange
wirkt, und zwar basierend auf der Wirbelbewegung der
Spindelwelle. Komponenten der Druckkraft außer jener, die in Richtung nach
rechts und links wirkt, werden so klein wie möglich gehalten.
Somit wird die Druckkraft von dem Ritzel auf die Hinterrad-
Lenkzahnstange auf eine effektive Weise übertragen. Auch der
Geradenabschnitt, welcher den Drehmittelpunkt des Ritzels mit dem
Schwenkmittelpunkt des Schwenkteus verbindet, ist senkrecht zu
der Achse der Hinterrad-Lenkzahnstange in der Geradeauslauf-
Lenkposition und somit werden Veränderungen des Totgangs zwischen
dem Ritzel und der Hinterrad-Lenkzahnstange so klein wie möglich
gemacht, wenn sich das Ritzel auf einer Bogenumlaufbahn bzw.
Kreisumlaufbahn bewegt. Somit bewegt sich die
Hinterrad-Lenkzahnstange basierend auf der Drehbewegung des Ritzels auf eine
gleichförmige Weise.
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Vorzugsweise ist der Drehbereich der Eingangswelle mit kleiner
360º vorgegeben, eine Bezugsfläche ist auf der Außenseite der
Eingangswelle ausgebildet, ein Abdeckteil ist vorgesehen, um die
Bezugsflächen abzudecken, ein Andrückteil ist durch das
Abdeckteil gehalten, eine Druckschraubenfeder ist vorgesehen, um das
Andrückteil gegen die Bezugsfläche zu drücken, und eine Rück
stellkraft wird aufgebaut, um die Eingangswelle in die
Geradeauslauf-Lenkposition dadurch zurückzustellen, daß das Andrückteil
gegen die Bezugsfläche gedrückt wird. Wenn das Andrückteil gegen
die Bezugsfläche gedrückt wird, welche auf der Eingangswelle
ausgebildet ist, und zwar unter Einsatz der Druckschraubenfeder,
wird die Kraft zum Zurückstellen der Eingangswelle in die
Geradeauslauf-Lenkposition erzeugt. Wenn der Drehbereich der
Eingangswelle mit weniger als 360º vorgegeben ist, wird keine
Kraft für die Eingangswelle erzeugt, welche diese in eine andere
Position als die Geradeauslauf-Lenkposition zurückstellt. Eine
ausreichend große Rückstellkraft steht zur Zurückstellung der
Eingangswelle in die Geradeauslauf-Lenkposition selbst in der
Nähe der Geradeauslauf-Lenkposition zur Verfügung, da das
Andrückteil gegen die Bezugsfläche mit Hilfe der Federkraft der
Druckschraubenfeder gedrückt wird.
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Vorzugsweise sind die Bezugsflächen, die Andrückteile und die
Druckschraubenfedern jeweils paarweise vorgesehen, und die beiden
Bezugsflächen sind voneinander entlang der Achse der
Eingangswelle im Abstand angeordnet. Auch ist es erwünscht, daß die
beiden Bezugsflächen entlang des Umfangs der Eingangswelle einen
Mittelabstand von 180º haben. Eine solche Auslegung ermöglicht,
daß die Federkraft der jeweiligen Druckschraubenfeder auf die
jeweilige Bezugsfläche wirken kann. Da die Bezugsflächen entlang
des Umfangs der Eingangswelle einen Winkelabstand von 180º haben,
ist die Kompressionsbeaufschlagung auf die Eingangswelle nicht
ungleichmäßig verteilt. Daher treten an den Lagern, welche die
Eingangswelle lagern, keine zu Abweichungen führenden
Verschleißerscheinungen auf. Da die beiden Bezugsflächen entlang der Achse
der Eingangswelle einen Abstand haben, drückt selbst dann, wenn
die Eingangswelle sich um 180º dreht, ein Andrückteil, welches
dazu bestimmt ist, daß es gegen eine Bezugsfläche gedrückt wird,
nicht gegen die andere Fläche. Andererseits wird das andere
Andrückteil, welches dazu bestimmt ist, daß es gegen die andere
Bezugsfläche gedrückt wird, nicht gegen die erste Bezugsfläche
gedrückt. Somit wird für die Eingangswelle keine Kraft erzeugt,
um diese in eine andere Position als die
Geradeauslauf-Lenkposition zurückzustellen.
KURBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine Draufsicht zur Verdeutlichung eines
Hauptteils einer Hinterrad-Lenkvorrichtung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung in
einer Schnittdarstellung
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Fig.2 ist eine Vertikalschnittansicht zur Verdeutlichung des
Hauptteils der Hinterrad-Lenkvorrichtung gemäß der
bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung.
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Fig. 3 ist eine Vorderansicht zur Verdeutlichung des
Hauptteils der Hinterrad-Lenkvorrichtung gemäß der
bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung.
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Fig. 4 ist eine Ansicht zur Verdeutlichung der Auslegung
eines allradgelenkten Fahrzeugs gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung.
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Fig. 5 ist ein Diagramm zur Verdeutlichung der Zuordnung
zwischen einem Vorderrad-Lenkwinkel und einem
Hinterrad-Lenkwinkel bei einem allradgelenkten Fahrzeug
gemäß der bevorzugten Ausführungsform nach der
Erfindung.
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Fig. 6 ist eine Ansicht zur Verdeutlichung der Funktion der
Hinterrad-Lenkvorrichtung gemäß der bevorzugten
Ausführungsform nach der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen wird eine
bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung nachstehend
beschrieben.
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Figur 4 zeigt in einer skizzenhaften Darstellung ein
allradgelenktes Fahrzeug, bei dem der Hinterrad-Lenkwinkel in
Abhängigkeit von dem Vorderrad-Lenkwinkel gesteuert wird. Die Vorderräder
1 sind miteinander über ein Vorderrad-Lenkteil 2, Lenkspurstangen
3 und Lenkspurhebeln 14 verbunden. An dem Vorderrad Lenkteil 2
ist eine Zahnstange 4 vorgesehen, welche in Kämmeingriff mit
einem Ritzel 5 ist. Das Ritzel 5 ist mit einem Lenkrad 6 über
eine Lenksäule 15 verbunden. Wenn man das Lenkrad 6 betätigt, um
das Vorderrad-Lenkteil 2 in Querrichtung in Richtung nach rechts
und links zu bewegen, lassen sich die Vorderräder 1 lenken.
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An dem Vorderrad-Lenkteil 2 ist neben der Zahnstange 4 eine
weitere Zahnstange (in der Figur weggelassen) vorgesehen, welche
mit einem Ritzel 7 kämmt. Das Ritzel 7 ist mit dem vorderen Ende
der Verbindungswelle 16 verbunden. Das hintere Ende der
Verbindungswelle 16 ist mit einer Eingangswelle 9 einer Hinterrad-
Lenkvorrichtung 8 über ein Verbindungsteil 17 verbunden. Die
Eingangswelle 9 ist um die Achse 9c drehbar, welche in Richtung
von der Vorderseite zur der Rückseite, das heißt in Längsrichtung
des Fahrzeugs, ausgerichtet ist. Bei der vorstehend beschriebenen
Auslegungsform bewirkt diese Drehbewegung des Vorderrad-Lenkteils
2 nach Maßgabe des Lenkvorganges, daß das Ritzel 7 eine
Drehbewegung ausführt, und die Eingangswelle 9 führt entsprechend einem
Vorderrad-Lenkwinkel eine Drehbewegung durch die Drehbewegung des
Ritzels 7 aus. Der Drehbereich der Eingangswelle 9 ist mit
weniger als 360º vorgegeben.
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Die Hinterrad-Lenkvorrichtung 8 ist mit einer
Umwandlungseinrichtung 13 versehen, welche die Drehbewegung der Eingangswelle
9 in eine Querbewegung der Hinterrad-Lenkzahnstange 12 in
Richtung nach rechts und links umwandelt. Die
Hinterrad-Lenkzahnstange 12 ist an der Fahrzeugkarosserie derart gelagert, daß die
Zahnstange 12 sich in Querrichtung bewegen kann. Jedes der
gegenüberliegenden Enden der Hinterrad-Lenkzahnstange 12 ist mit
einem zugeordneten Hinterrad 10 über eine Lenkspurstange 11 und
einen Lenkspurhebel 18 verbunden.
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Wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist, hat die
Umwandlungseinrichtung 13 ein Gehäuse 32, welches die Eingangswelle 9 mit Hilfe
eines Paars von Lagern 30 und 31 lagert. Das Gehäuse 32 hat ein
vorderes Teil 32a und ein hinteres Teil 32b, welche beide
miteinander mit Hilfe von Schrauben 32c verbunden sind. Das
Gehäuse 32 ist auch mit dem Fahrzeugkarosserie-Bauteil 33 über
einen Träger 20 verbunden. Das Lager 31, welches die
Eingangswelle 9 lagert, ist an dem Block 32d angebracht, welcher in das
rückwärtige Teil 32b geschraubt ist. Der Endabschnitt der
Eingangswelle 9, welcher aus dem Block 32d vorsteht, ist mit
einem Keil 19 versehen, mit dem das Verbindungsteil 17 verbunden
ist.
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Im Inneren des Gehäuses 32 ist eine Spindelwelle 34 einstückig
mit der Eingangswelle 9 ausgebildet. Bei dieser bevorzugten
Ausführungsform ist die Spindelwelle 34 eine Kugelumlaufspindel.
Wie in Figur 2 gezeigt ist, ist die Achse 34c der Spindelwelle
34 exzentrisch um "e" zu der Achse 9c der Eingangswelle 9
angeordnet.
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Eine Mutter 35 ist in Kämmeingriff mit der Spindelwelle 34. Die
Mutter 35 ist bei dieser bevorzugten Ausführungsform eine
Kugelumlaufmutter, und die Kugeln 21 sind zwischen der Mutter 35
und der Spindelwelle 34 angeordnet. Eine Zahnstange 36 ist auf
der Mutter 35 ausgebildet. Die Achse der Zahnstange 36 weist in
Längsrichtung des Fahrzeuges.
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Ein Ritzel 37 ist derart angeordnet, daß es in Kämmeingriff mit
der Zahnstange 36 ist. Das Ritzel 37 hat eine im wesentlichen
vertikale Achse. Das Ritzel 37 ist mit Hilfe eines Paars von
oberen und unteren Armen (Schwenkteilen) 38 und 39 über Lager 40
und 41 gelagert. Beide Arme 38 und 39 sind drehbeweglich mit
Hilfe von Tragwellen 42 und 43 über Lager 44 und 45 gelagert.
Beide Wellen 42 und 43 sind in das Gehäuse 32 geschraubt und
haben eine gemeinsame, im wesentlichen vertikale Achse. Diese
Auslegung ermöglicht, daß die Arme 38 und 39 sich in Querrichtung
in Richtung nach rechts und links um die Achse der Tragwellen 42
und 43 als Mittelpunkt B der Schwenkbewegung schwenken können.
Die Schwenkbewegung der Arme 38 und 39 in Querrichtung bewirkt,
daß das Ritzel 37 in Querrichtung in Richtung nach rechts und
links bewegt wird.
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Ferner ist eine Trommel bzw. ein Zylinder 48 mit Hilfe eines
Paars von Armen 38 und 39 über Lager 49 derart gelagert, daß der
Zylinder 48 um eine im wesentlichen vertikale Achse um dem
Drehmittelpunkt C drehbar ist. Das Ritzel 37 und der Zylinder 48
sind entlang der nach rechts und links weisenden Querrichtung
angeordnet. Wenn die Mutter 35 zwischen dem Zylinder 48 und dem
Ritzel 37 in Zwischenanordnung vorgesehen ist, ist das Ritzel 37
mit der Mutter 35 verbunden. Das Ritzel 37 ist in Kämmeingriff
mit der Hinterrad-Lenkzahnstange 12.
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Da bei der vorstehend beschriebenen Auslegungsform die Achse 34c
der Spindelwelle 34 um "e" zu der Achse 9c der Eingangswelle 9
exzentrisch angeordnet ist, bewirkt die Drehbewegung der
Eingangswelle 9, daß die Spindelwelle 34 eine Drehbewegung um
ihre Achse 34c und somit eine Umlaufbewegung um die Achse 34c
ausführt. Somit dreht sich die Spindelwelle 34 um die Achse 9c
der Eingangswelle 9 und führt eine Wirbelbewegung um die Achse
9c der Eingangswelle 9 aus.
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Die Drehbewegung der Spindelwelle 34 bewirkt, daß die Mutter 35
in Längsrichtung des Fahrzeuges eine Bewegung ausführt. Die
Zahnstange 36, welche auf der Mutter 35 ausgebildet ist, bewegt
sich in Längsrichtung des Fahrzeugs durch die Längsbewegung der
Mutter 35. Das Ritzel 37, welches in Kämmeingriff mit der
Zahnstange 36 ist, dreht sich um die im wesentlichen vertikale
Achse als Drehmittelpunkt A durch die Längsbewegung der
Zahnstange 36. Die Hinterrad-Lenkzahnstange 12 ist in Kämmeingriff
mit dem Ritzel 37 und bewegt sich in Querrichtung durch die
Drehbewegung des Ritzels 37.
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Die Mutter 35 bewegt sich sowohl im wesentlichen nach oben und
unten als auch in Querrichtung in Richtung nach rechts und links
durch die Wirbelbewegung der Spindelwelle 34. Die Arme 38 und 39
schwenken sich in Querrichtung um den Schwenkmittelpunkt B bei
der Querbewegung der Mutter 35. Das Ritzel 37 bewegt sich in
Querrichtung durch die Querbewegung der Arme 38 und 39. Die
Hinterrad-Lenkzahnstange 12, welche in Kämmeingriff mit dem
Ritzel 37 ist, bewegt sich in Querrichtung durch die Querbewegung
des Ritzels 37.
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Somit ist die Querbewegung der Hinterrad-Lenkzahnstange 12 eine
Kombination der Bewegung basierend auf der Drehbewegung der
Spindelwelle 34 und der Bewegung basierend auf der Wirbelbewegung
der Spindelwelle 34. Wenn man die Übersetzungsverhältnisse von
Ritzel 37 zu Zahnstangen 36 und 12 und die Exzentrizität "e" der
Achse 34c der Spindelwelle 34 zu der Achse 9c der Eingangswelle
9 entsprechend wählt, wird ermöglicht, daß die Hinterrad-
Lenkzahnstange 12 sich auf eine gewünschte Weise in Abhängigkeit
von den Veränderungen des Vorderrad-Lenkwinkels bewegt.
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Figur 5 zeigt eine Zuordnung zwischen dem Vorderrad-Lenkwinkel
und dem Hinterrad-Lenkwinkel bei dem allradgelenkten Fahrzeug.
Abwechselnde lange und kurze gebrochene Linien 60 stellen ein
Beispiel dar, bei dem die Hinterrad-Lenkzahnstange 12 basierend
nur auf der Drehbewegung der Spindelwelle 34 bewegt wird, und bei
diesem Beispiel ändert sich der Hinterrad-Lenkwinkel im
Verhältnis zu dem Vorderrad-Lenkwinkel. Abwechselnd lange und zwei kurze
gebrochene Linien 61 verdeutlichen ein Beispiel, bei dem die
Hinterrad-Lenkzahnstange 12 basierend nur auf der Wirbelbewegung
der Spindelwelle 34 bewegt wird, und bei diesem Beispiel ändert
sich der Hinterrad-Lenkwinkel periodisch in Abhängigkeit von dem
Vorderrad-Lenkwinkel. Eine durchgezogene Linie 62 verdeutlicht
ein Beispiel, bei dem die Hinterrad-Lenkzahnstange 12, basierend
auf der Drehbewegung und auf der Wirbelbewegung der Spindelwelle
34 bewegt wird. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß
die durchgezogene Linie 62 die Kombination von beiden Linien 60
und 61 darstellt. Der Zusammenhang zwischen dem Vorderrad-
Lenkwinkel und dem Hinterrad-Lenkwinkel ist durch die Linie 62
bei dem vorstehend beschriebenen allradgelenkten Fahrzeug
verdeutlicht. Genauer gesagt bleiben dann, wenn der Vorderrad-
Lenkwinkel kleiner ist, sowohl die Vorderräder 1 als auch die
Hinterräder 10 in Phase, das heißt beide Vorderräder 1 und beide
Hinterräder 10 werden in die gleiche Richtung gelenkt. Wenn der
Vorderrad-Lenkwinkel größer wird, sind die Phasen der Vorderräder
1 und der Hinterräder 10 entgegengesetzt gerichtet, das heißt,
die Vorderräder 1 und die Hinterräder 10 werden in Gegenrichtung
zueinander gelenkt. Eine solche Lenkweise ist bei einem
allradgelenkten Fahrzeug erwünscht.
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Wie in den Figuren 1 und 6 gezeigt ist, ist der Geradenabschnitt,
welcher den Drehmittelpunkt A des Ritzels 37 mit dem
Drehmittelpunkt C des Zylinders 48 verbindet, parallel zu einer Achse 12c,
welche bezüglich der Hinterrad-Lenkzahnstange 12 von rechts nach
links in der Geradeauslauf-Lenkposition weist, wie dies in den
Figuren gezeigt ist. Wenn das Ritzel 37 eine Druckkraft ausübt,
welche auf die Hinterrad-Lenkzahnstange 12 wirkt, und zwar
basierend auf der Wirbelbewegung der Spindelwelle 34, ermöglicht
eine solche Auslegung, daß Druckkraftkomponenten außer einer,
welche entlang der Richtung nach rechts und links wirkt, so klein
wie möglich gemacht werden. Sömit erfolgt die
Druckkraftübertragung von dem Ritzel 37 auf die Hinterrad-Zahnstange 12 auf
eine effektive Weise.
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Da die Querbewegung des Ritzels 37 auf der Schwenkbewegung der
Arme 38 und 39 um den Schwenkmittelpunkt B beruht, bewegt sich
das Ritzel 37 auf einer Kreisumlaufbahn. Wenn das Ritzel 37 sich
auf der Kreisumlaufbahn bewegt, kann sich das Spiel oder der
Totgang zwischen den Zähnen des Ritzels 37 und den Zähnen der
Hinterrad-Lenkzahnstange 12 verändern. Wie in Figur 2 gezeigt
ist, sind ein Stützjoch 50 und Federn 51 in eine Bohrung 32f
eingesetzt, welche in dem Gehäuse 32 ausgebildet ist, und eine
Stellschraube 52 ist in die Bohrung 32f geschraubt. Das Stützjoch
so ist in Längsrichtung des Fahrzeuges beweglich. Bei einer
solchen Auslegung drückt das Stützjoch 50 mit dem
Federungsvermögen der Federn 51 die Hinterrad-Lenkzahnstange 12 gegen das
Ritzel 37, wodurch verhindert wird, daß der Totgang zwischen den
Zähnen des Ritzels 37 und den Zähnen der Hinterrad-Lenkzahnstange
12 sich ändert, und daher kann sich die Hinterrad-Lenkzahnstange
12 auf eine gleichmäßige Weise bewegen. Durch die Einstellung der
Eingriffslänge der Stellschraube 52 in der Bohrung 32f wird der
Bewegungsweg in steuernder Weise eingestellt, welcher für das
Stützjoch 50 zugelassen ist.
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Wie in den Figuren 1 und 6 gezeigt ist, ist der Geradenabschnitt,
welcher den Drehmittelpunkt A des Ritzels 37 mit dem
Schwenkmittelpunkt B der Arme 38 und 39 verbindet, senkrecht zu der
Achse 12c der Hinterrad-Lenkzahnstange 12 in der Geradeauslauf-
Lenkposition, welche in den Figuren gezeigt ist. Hierdurch werden
Totgangveränderungen zwischen dem Ritzel 37 und der Hinterrad-
Lenkzahnstange 12 auf ein Minimum begrenzt, während das Ritzel
37 eine Kreisumlaufbahnbewegung ausführt. Eine solche Auslegung
minimiert Veränderungen des Drucks, welcher von dem Stützjoch 50
auf die Hinterrad-Lenkzahnstange 12 entgegen dem Ritzel 37 wirkt,
um hierdurch zu ermöglichen, daß die Hinterrad-Lenkzahnstange 12
sich auf eine gleichförmige Weise bewegt.
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Da die Querbewegung des Ritzels 37 und des Zylinders bzw. der
Trommel 48 auf der Schwenkbewegung der Arme 38 und 39 um den
Schwenkmittelpunkt B basiert, bewegen sich das Ritzel 37 und der
Zylinder 48 auf einer Kreisumlaufbahn. In Abhängigkeit von der
Verschiebung von der Schwenkbewegung der Arme 38 und 39 in
Querrichtung entlang einer Richtung nach rechts und links
zwischen dem Ritzel 37 und dem Zylinder 48 verändert sich daher
der Querabstand entsprechend. Bei dem Geradeauslauf-Lenkzustand,
welcher in Figur 6 gezeigt ist, ist das Geradensegment L1,
welches den Drehmittelpunkt A des Ritzels 37 mit dem
Schwenkmittelpunkt B der Arme 38 und 39 verbindet, senkrecht zu einer
Achse 12c der Hinterrad-Lenkzahnstange 12, und das Geradensegment
L2, welches den Drehmittelpunkt A des Ritzels 37 mit dem
Drehmittelpunkt C des Zylinders 48 verbindet, ist parallel zu
einer Achse 12c der Hinterrad-Lenkzahnstange 12. Somit ist der
Querabstand W zwischen dem Ritzel 37 und dem Zylinder 48 in der
Geradeauslauf-Lenkposition am größten. Wenn die Arme 38 und 39
sich von der Geradeauslauf-Lenkposition wegbewegen, wird der
Querabstand zwischen dem Ritzel 37 und dem Zylinder 48 von W auf
W' kleiner.
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Der Kontaktabschnitt der Mutter 35 mit dem Zylinder 48 wird auf
eine ungleichmäßige Weise entsprechend der Veränderung des
Querabstands zwischen dem Ritzel 37 und dem Zylinder 48
ausgebildet. Genauer gesagt hat die Mutter 35 nach Figur 1 einen
vorspringenden Bereich 35a und einen ausgenommenen Bereich 35b.
Der vorspringende Bereich 35a kommt in Kontakt mit dem Zylinder
48 in der Geradeauslauf-Lenkposition, und der ausgenommene
Bereich 35b kommt in Kontakt mit dem Zylinder 48 in der nach
rechts oder links gerichteten Lenkposition. Bei dieser
bevorzugten Ausführungsform ist die geometrische Auslegung zwischen dem
vorspringenden Bereich 35a und dem ausgenommenen Bereich 35b
stufenweise gestaltet. Die Stufendifferenz δ zwischen dem
vorspringenden Bereich 35a und dem ausgenommenen Bereich 35b wird
durch die Differenz zwischen dem Querabschnitt W und der
Geradeauslauf-Lenkposition und dem Querabstand W' und der nach
rechts und links gerichteten Lenkposition bestimmt. Eine solche
Auslegung ermöglicht, daß die Breite der Mutter 35 kleiner wird,
wenn der Querabstand zwischen dem Ritzel 37 und dem Zylinder 48
kleiner wird, und sie ermöglicht auch, daß die Breite der Mutter
35 größer wird, wenn der Querabstand zwischen dem Ritzel 37 und
dem Zylinder 48 größer wird. Hierdurch wird verhindert, daß das
Ritzel 37 mit einer großen Kraft gegen die Mutter 35 gedrückt
wird, und daß ein sehr großer Zwischenraum zwischen dem Ritzel
37 und der Mutter 35 erzeugt wird. Eine solche Auslegung
ermöglicht, daß die Hinterrad-Lenkzahnstange 12 genau sowohl der
Drehbewegung der Spindelwelle 34 als auch der Wirbelbewegung der
Spindelwelle 34 folgen kann. Die gewünschten Charakteristika
lassen sich somit verwirklichen. In dem Kontaktabschnitt der
Mutter 35 mit dem Zylinder 48 kann der vorspringende Bereich 35
an den ausgenommenen Bereich 35b über gekrümmte Flächen an Stelle
von einem stufenweisen Übergang zwischen denselben angrenzen.
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Wie in den Figuren 1 bis 3 gezeigt ist, ist ein Paar von
Bezugsflächen 70 und 71 auf der Außenseite der Eingangswelle 9
auf dem aus dem Gehäuse 32 vorstehenden Abschnitt ausgebildet.
Beide Bezugsflächen 70 und 71 sind mit einem zylindrisch
ausgebildeten Abdeckteil 72 abgedeckt. Wie in Figur 3 gezeigt
ist, ist das Abdeckteil 72 passend mit dem Block 32d des Gehäuses
32 mit Hilfe von Schrauben 73 verbunden. Beide Bezugsflächen 70
und 71 sind entlang der Achse der Eingangswelle 9 im Abstand
angeordnet und in einem Winkelabstand von 180º voneinander
entlang des Umfangs der Eingangswelle 9 angeordnet.
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Ein Paar von Öffnungen 74 und 75 ist in dem Abdeckteil 72
ausgebildet. Eine Öffnung 74 erstreckt sich von der Außenseite
des Abdeckteils 72 zu einer Bezugsfläche 70, und die andere
Öffnung 75 verläuft von der Außenseite des Abdeckteils 72 zu der
anderen Bezugsfläche 71. Ein Andrückteil 76 und eine
Druckschraubenfeder bzw. eine Kompressionsspiralfeder 78 sind in die
Öffnung 74 eingesetzt, und ein Andrückteil 77 und eine
Druckschraubenfeder 79 sind in die andere Öffnung 75 eingesetzt. Jedes
Andrückteil 76 und 77 ist zylindrisch ausgebildet und beweglich
durch innere kreisförmige Wände der Öffnungen 74 und 75 in
radialer Richtung der Eingangswelle 9 geführt. Die
Mündungsöffnungen der Öffnungen 74 und 75 des Abdeckteils 72 sind durch
Schraubstopfen 80 und 81 in den Öffnungen 74 und 75 geschlossen.
Die Druckschraubenfeder 78 ist zwischen dem Stopfen 80 und dem
Andrückteil 76 angeordnet, und die Druckschraubenfeder 79 ist
zwischen dem Stopfen 81 und dem Andrückteil 77 angeordnet. Ein
Andrückteil 76 wird gegen die Bezugsfläche 70 durch die
Federkraft der Druckschraubenfeder 78 angedrückt, und das andere
Andrückteil 77 wird gegen die andere Bezugsfläche 71 durch die
Federkraft der Druckschraubenfeder 79 angedrückt. Bei dieser
bevorzugten Ausführungsform sind die Bezugsflächen 70 und 71 und
die Endflächen der Andrückteile 76 und 77 planar ausgebildet.
Wenn die Bezugsflächen 70 und 71 in die Endflächen der
Andrückteile 76 und 77 jeweils übergehen, befindet sich die
Eingangswelle 9 in der Geradeauslauf-Lenkposition. Bei diese Auslegung
werden die Andrückteile 76 und 77 gegen die Bezugsflächen 70 und
71 jeweils mit Hilfe der Federkraft der Druckschraubenfedern 78
und 79 angedrückt, wodurch eine Kraft auf eine solche Weise
erzeugt wird, daß die Eingangswelle 9 in die Geradeauslauf-
Lenkposition zurückgestellt wird. Als eine Folge hiervon wird die
Beaufschlagungskraft, die zum Zurückbringen des Lenkrads 9 in die
Geradeauslauf-Lenkposition benötigt wird, herabgesetzt. Da der
Drehbereich der Eingangswelle 9 kleiner als 360º ist, wird für
die Eingangswelle 9 keine Kraft erzeugt, welche diese in eine
andere Position als die Geradeauslauf-Lenkposition zurückführt.
Bei dieser Auslegungsform wird eine ausreichende Rückstellkraft
aufgebracht, da die Druckschraubenfedern 78 und 79 immer die
Andrückteile 76 und 77 jeweils gegen die Bezugsflächen 70 und 71
selbst dann drücken, wenn die Eingangswelle 9 sich in der Nähe
der Geradeauslauf-Lenkposition befindet. Die Druckschraubenfedern
78 und 79 sind in zugeordnete Öffnungen 74 und 75 des Abdeckteils
72 eingesetzt und sind mit Hilfe von eingeschraubten
zugeordneten Stopfen 80 und 81 in den Öffnungen 74 und 75 festgelegt.
Somit sind die Druckschraubenfe dem 78 und 79 auf einfache und
zuverlässige Weise gehalten. Auch reiben die spiralförmigen
Windungen, welche die jeweiligen Druckschraubenfedern 78 und 79
bilden, nicht gegeneinander, so daß kein Verschleiß auftritt.
Da das Paar von Bezugsflächen 70 und 71 zueinander um 180º an
dem Umfang der Eingangswelle 9 im Abstand angeordnet ist, ist die
Federkraft, welche die Druckschraubenfeder 78 auf die
Eingangswelle 9 aufbringt, ausgeglichen mit der Federkraft, welche die
Druckschraubenfeder 79 auf die Eingangswelle 9 ausübt. Als Folge
hiervon treten keine ungleichmäßig wirkenden Kräfte an der
Eingangswelle 9 auf. Somit treten an den Lagern 30 und 31, welche
die Eingangswelle 9 lagern, keine zu Abweichungen führenden
Verschleißerscheinungen auf. Da das Paar von Bezugsflächen 70 und
71 entlang der Achse der Eingangswelle 9 im Abstand angeordnet
ist, drückt selbst dann, wenn die Eingangswelle 9 eine
Drehbewegung um 180º ausführt, das Andrückteil 76, welches dazu bestimmt
ist, gegen die Bezugsflächen 70 gedrückt zu werden, nicht gegen
die andere Bezugsfläche 71, und das Andrückteil 77, welches dazu
bestimmt ist, gegen die andere Bezugsfläche 81 gedrückt zu
werden, drückt nicht gegen die Bezugsfläche 70.
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Die Erfindung ist nicht auf die voranstehend beschriebenen
Einzelheiten der bevorzugten Ausführungsform beschränkt.
Beispielsweise kann eine Acme-Bewegungsspindel (Bewegungsspindel
mit Trapezgewinde) an Stelle der Spindelwelle 34 eingesetzt
werden, und es kann eine Acme-Mutter an Stelle der Mutter 35
eingesetzt werden. Zur Reduzierung der Reibung kann ein Teil aus
synthetischem Harz zwischen der Eingangswelle 9 und den
jeweiligen Andrückteilen 76 und 77 vorgesehen sein. Die Andrückteile 76
und 77 können mit synthetischem Harz beschichtet sein, oder die
Andrückteile 76 und 77 selbst können aus synthetischem Harz mit
einem geringen Reibungskoeffizienten hergestellt sein. Die
Bezugsflächen und die Endflächen der Andrückteile sind nicht auf
eine planare Auslegung beschränkt; sie können gegebenenfalls als
gekrümmte Flächen ausgebildet werden.