DE10002714A1 - Zahnstangengetriebe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zahnstangengetriebe, insbesondere für Zahnstangenlenkungen von Kraftfahrzeugen. Innerhalb eines Getriebegehäuses sind ein Ritzel sowie eine damit kämmende, längsverschiebbare Zahnstange angeordnet, welche zum Spielausgleich der Verzahnungen federnd an das Ritzel angedrückt wird. Eine dazu vorgesehene Andruckrolle bzw. Andruckrollen sind an einem Federbügel gelagert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnstangengetriebe, insbesondere für Zahnstangenlenkungen von Kraftfahrzeugen.

Lenkungen von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Personenkraftfahrzeugen, sind sehr häufig als Zahnstangenlenkungen ausgebildet. Dabei kämmt ein über einen Lenkwellenstrang mit einem Lenkhandrad zwangsgekoppeltes Ritzel mit einer Zahnstange, die ihrerseits, beispielsweise über Spurstangen, mit lenkbaren Fahrzeugrädern zu deren Lenkverstellung zwangsverbunden ist. Um den Eingriff der Verzahnungen des Ritzels und der Zahnstange ineinander spielfrei zu halten, wird die Zahnstange federnd gegen das Ritzel gedrängt.

Zu diesem Zweck sind typischerweise durch Federkraft beaufschlagte Druckstücke vorgesehen, an denen die Zahnstange gleitverschiebbar anliegt. Das Druckstück ist dabei nach Art eines Kolbens in einer zylinderähnlichen Führung aufgenommen, derart, daß das Druckstück etwa senkrecht zu den Achsen von Ritzel und Zahnstange durch die Federkraft verschiebbar ist. Entsprechende Anordnungen werden beispielsweise in der DE 38 31 646 C2, der DE 42 01 730 A1 oder der DE 196 47 797 A1 beschrieben.

Gegebenenfalls kann die Zahnstange auch gleitverschiebbar an einem Blattfederelement anliegen, welches die Zahnstange gegen das Ritzel spannt, vgl. die GB-PS 930 320.

Um die Reibung zwischen Andruckelement und Zahnstange zu vermindern, ist es bekannt, Druckstücke mit Kugelumlaufanordnungen vorzusehen, so daß die Zahnstange am Druckstück auf in Umlaufbahnen in Verschieberichtung der Zahnstange umlaufenden Kugeln abgestützt wird, vgl. z. B. die DE 32 49 885 C2 sowie die US 4 531 603.

Des weiteren sind Druckstücke mit daran gelagerten Andruckrollen bekannt, auf denen die Zahnstange abgestützt ist, vgl. beispielsweise die GB-PS 11 68 191, die DE 82 03 943 U1, die US 4 724 717 und die JP 08-133100 A.

Gemäß der JP 6-239247 A sowie der DE 29 13 641 C2 kann die Zahnstange durch zwei gleichachsig zueinander gelagerte Kegelrollen abgestützt werden, welche einander mit ihren "Kegelspitzen" zugewandt sind und durch Federelemente axial gegeneinandergepreßt werden, so daß die kegelförmigen Umfangsflächen dieser Rollen die Zahnstange von der Rollenachse zu entfernen und damit gegen das Ritzel anzudrängen suchen.

Die DE-AS 12 09 893 schließlich zeigt eine die Zahnstange gegen das Ritzel andrückende Andruckrolle, welche am freien Ende einer um die Ritzelachse schwenkbaren und durch Federkraft beaufschlagten Schwinge angeordnet ist.

Alle vorangehend beschriebenen Lenkungen sind konstruktiv vergleichsweise aufwendig. Dies gilt insbesondere für die Anordnung der die Zahnstange abstützenden, reibungsvermindernden Rollelemente.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, ein Zahnstangengetriebe mit einfacher Konstruktion und reibungsarm gegen das Ritzel angedrückter Zahnstange zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Zahnstangengetriebe mit einem Getriebegehäuse, einem darin drehgelagerten Ritzel sowie einer im Gehäuse längsverschiebbaren, mit dem Ritzel kämmenden Zahnstange gelöst, welche zum Spielausgleich federnd an das Ritzel angedrückt wird, indem ein gehäuseseitig abgestützter Federbügel zumindest eine an ihm gelagerte Rolle mit ihrem Umfang gegen einen ritzelfernen Bereich des Querschnittes der Zahnstange spannt.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zur Erzeugung der Andruckkraft einen als Lagerteil zumindest einer Andruckrolle ausgebildeten Federbügel einzusetzen, d. h. ein einziges Element dient zur Lagerung der Andruckrolle bzw. Andruckrollen und zur Erzeugung der Andruckkraft. Damit werden eine außerordentlich weitgehende konstruktive Einfachheit und preiswerte Montage ermöglicht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Andruckrolle zwei voneinander axial beabstandete Kegelrollenteile sowie einen axial zwischen den Kegelrollenteilen angeordneten Achsteil aufweisen, mit dem die Andruckrolle am Bügel gelagert ist. Durch die vom Federbügel erzeugte und zwischen der Zahnstange und den kegeligen Umfangsflächen der Kegelrollenteile wirkende Andruckkraft sucht die Andruckrolle selbsttägig eine Lage einzunehmen, bei der die Rollenachse quer zur Zahnstangenachse ausgerichtet ist. Im Ergebnis erübrigen sich also Maßnahmen zur Stabilisierung der Rollenachse.

Im übrigen können die Rollenachse bzw. der Achsteil der Rolle in einem in Achsansicht der Rolle U-profilförmigen Abschnitt des Federbügels aufgenommen sein, so daß sich die Andruckrolle besonders leicht am Federbügel positionieren läßt. Dazu braucht sie mit ihrer Achse bzw. ihrem Achsteil lediglich in den U-profilförmigen Abschnitt eingelegt zu werden, welcher die Andruckrolle im montierten Zustand des Zahnstangengetriebes aufgrund der auf den U-profilförmigen Abschnitt rückwirkenden Andruckkräfte sicher in Sollage festhält.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Federbügel nach Art einer Blattfeder ausgebildet.

Dabei kann ein Ende der Blattfeder stationär gehaltert sein, während das andere Ende der Blattfeder die Andruckrolle lagert.

Statt dessen ist es auch möglich und vorteilhaft, beide Enden der Blattfeder stationär abzustützen und die Andruckrolle an einem Mittelbereich der Blattfeder zu lagern.

Eine weitere vorteilhafte Alternative besteht darin, die Blattfeder in einem Mittelbereich stationär, gegebenenfalls einstellbar abzustützen und an beiden Enden der Blattfeder eine Andruckrolle vorzusehen, über die die Blattfeder unter Spannung an der Zahnstange abgestützt wird.

Schließlich ist es auch möglich und vorteilhaft, daß der Federbügel zwei am Getriebegehäuseteil radial abgestützte Endstücke mit darauf drehgelagerten, einander mit ihren Kegelspitzen zugewandten Kegelrollen oder kegelähnlichen Rollen aufweist, die durch den Federbügel axial gegeneinander gespannt werden und mit ihren kegeligen Umfangsflächen die Zahnstange gegen das Ritzel drängen.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung näher beschrieben werden.

Dabei zeigt

Fig. 1 ein auszugsweises Schnittbild eines Zahnstangengetriebes mit senkrecht zu den Achsen von Zahnstange und Ritzel federbarer Andruckrolle, wobei sich die Schnittebene senkrecht zur Ritzelachse und parallel zur Zahnstangenachse erstreckt,

Fig. 2 ein Schnittbild entsprechend der Schnittlinie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 ein der Fig. 1 entsprechendes Schnittbild einer abgewandelten Ausführungsform,

Fig. 4 eine entsprechende Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 5 ein entsprechendes Schnittbild einer Ausführungsform mit zwei Andruckrollen und

Fig. 6 ein der Fig. 2 entsprechendes Schnittbild einer Alternative mit axial gegeneinander gespannten kegelförmigen Andruckrollen.

Im Beispiel der Fig. 1 und 2 ist innerhalb eines Getriebegehäuseteiles 1 eine Zahnstange 2 mit im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt längsverschiebbar angeordnet. Diese Zahnstange 2 besitzt einen in Zahnstangenlängsrichtung erstreckten Verzahnungsstreifen 2', welcher mit der Verzahnung eines Ritzels 3 kämmt, das in grundsätzlich bekannter Weise mit quer zur Längsachse der Zahnstange 2 erstreckter Achse am bzw. im Gehäuseteil 1 drehgelagert ist.

Auf der dem Ritzel 3 diametral gegenüberliegenden Seite der Zahnstange 2 ist eine die Zahnstange 2 gegen das Ritzel 3 drängende Andruckrolle 4 angeordnet, welche gemäß Fig. 2 aus zwei Kegelrollenteilen 4' sowie einem Achsteil 4" besteht, über das die Kegelrollenteile 4' miteinander fest, zumindest axial fest, verbunden sind. Gegebenenfalls kann die Andruckrolle 4 auch einstückig sein.

Zum Andruck der Andruckrolle 4 an die Zahnstange 2 dient ein Blattfederbügel 5, dessen Breite etwas geringer als die axiale Länge des Achsteiles 4" der Andruckrolle 4 ist. Der Blattfederbügel 5 besitzt einen in Achsansicht der Andruckrolle 4 U-profilförmigen Mittelabschnitt 5' mit der Zahnstange 2 zugewandter U-Öffnung. Dieser Mittelabschnitt 5' nimmt das Achsteil 4" der Andruckrolle 4 auf.

Ein in Fig. 1 rechter Endabschnitt des Blattfederbügels 5 umgreift ein als Widerlager des Bügels dienendes Rippenteil 6 des Getriebegehäuseteils, das andere Ende des Blattfederbügels 5 ist verschiebbar auf der Innenwand des Getriebegehäuseteils 1 abgestützt.

Der Blattfederbügel 5 steht unter Federspannung, derart, daß die Andruckrolle 4 gegen die Zahnstange 2 gedrängt wird, so daß die Zahnstange 2 ihrerseits gegen das Ritzel 3 gespannt wird und die miteinander kämmenden Verzahnungen von Zahnstange 2 und Ritzel 3 spielfrei ineinander eingreifen.

Zur Montage von Blattfederbügel 5 und Andruckrolle 4 wird zunächst der Blattfederbügel 5 in die in Fig. 1 dargestellte Lage gebracht. Sodann wird die Andruckrolle im Beispiel der Fig. 1 von links her auf den Blattfederbügel 5 aufgeschoben, wobei das linke Ende des Blattfederbügels 5 elastisch in die strichlierte Lage gebogen und der Blattfederbügel 5 damit um ein Auflager am Rippenteil 6 entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt werden kann. Sobald die Andruckrolle 4 mit ihrem Achsteil 4" im Mittelabschnitt 5' des Blattfederbügel 5 aufgenommen ist, kann der Blattfederbügel 5 wiederum in die Lage der Fig. 1 gebracht werden.

Die Ausführungsform der Fig. 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform der Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß der Blattfederbügel 5 mit beiden Endbereichen Stufen an der Innenwandung eines ersten Getriebegehäuseteiles 1 sowie eines daran anschließenden Gehäuseteiles 7 umgreift, so daß der Blattfederbügel 5 in Richtung der Zahnstangenachse festgehalten wird.

Bei der Ausführungsform der Fig. 4 drängt der Blattfederbügel 5 zwei Andruckrollen 4 gegen die Zahnstange, wobei der Blattfederbügel 5 in einem Mittelbereich auf einer Einstellschraube 8 am Getriebegehäuseteil 1 abgestützt ist und mit seinen Endbereichen jeweils ein Achsteil der beiden Andruckrollen 4 umgreift.

Im Beispiel der Fig. 5 besitzt das Getriebegehäuseteil 1 eine durch eine Abdeckung 9 verschließbare Öffnung gegenüber dem Ritzel 3. Unter der Abdeckung 9 ist der Blattfederbügel 5 angeordnet, welcher wiederum die Andruckrolle 4 gegen die Zahnstange 2 spannt, so daß die Zahnstange 2 mit ihrer Verzahnung spielfrei in die Verzahnung des Ritzels 3 eingreift.

Im Beispiel der Fig. 6 durchsetzt ein im wesentlichen C- förmiger Drahtfederbügel 10 mit seinen Enden 10' seitliche Bohrungen des Getriebegehäuseteiles 1. Auf den in das Gehäuse 1 hineinragenden Bereichen der Enden 10' ist jeweils eine Kegelrolle 11 drehgelagert. Diese Kegelrollen 11 sind einander mit ihren Kegelspitzen zugewandt und liegen mit ihren kegeligen Umfangsflächen auf der vom Ritzel 3 abgewandten Seite der Zahnstange 2 an. Die elastische Spannung des Drahtfederbügels 10 sucht die Enden 10' und damit die Kegelrollen 11 aneinander axial anzunähern, so daß die Kegelrollen 11 die Zahnstange 2 in Fig. 6 nach aufwärts gegen das Ritzel 3 zu drängen suchen.

Die Enden 10' des Drahtfederbügels 10 sind vorzugsweise in einer zur Zahnstangenachse senkrechten Ebene angeordnet, die auch die Achse des Ritzels 3 enthält. Um eine solche Anordnung zu ermöglichen, besitzt der Drahtfederbügel 10 eine in Achsansicht des Ritzels 3 C-förmige Kröpfung 10", deren Zentrum in die Ritzelachse fällt.

Claims (10)

1. Zahnstangengetriebe, insbesondere für Zahnstangenlenkungen von Kraftfahrzeugen, mit einem Getriebegehäuse (1, 7), einem darin drehgelagerten Ritzel (3) sowie einer im Gehäuse längsverschiebbaren, mit dem Ritzel (3) kämmenden Zahnstange (2), welche zum Spielausgleich federnd an das Ritzel (3) angedrückt wird, indem ein gehäuseseitig abgestützter Federbügel (5, 10) zumindest eine an ihm gelagerte Andruckrolle (4) mit ihrem Umfang gegen eine ritzelferne Seite des Querschnittes der Zahnstange (2) spannt.

2. Zahnstangengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckrolle (4) zwei voneinander axial beabstandete Kegelrollenteile (4') sowie einen axial zwischen den Kegelrollenteilen (4') angeordneten Achsteil (4") aufweist, mit dem die Andruckrolle (4) am Federbügel (5) gelagert ist.

3. Zahnstangengetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Achsteil (4") der Andruckrolle (4) in einem in Achsansicht der Rolle (4) U-profilförmigen Abschnitt (5') des Federbügel (5) aufgenommen ist.

4. Zahnstangengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Federbügel (5) als Blattfederbügel ausgebildet ist.

5. Zahnstangentriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Federbügels (5) gehäuseseitig abgestützt sind und ein Mittelbereich des Federbügel (5) die Andruckrolle bzw. -rollen (4) gegen die Zahnstange (2) andrückt.

6. Zahnstangengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittelbereich des Federbügels (5) gehäuseseitig abgestützt ist und Endbereiche des Federbügels (5) Andruckrollen (4) haltern.

7. Zahnstangengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Federbügel (5) mit einem Ende gehäusefest angeordnet ist und mit seinem anderen schwingenartigen Ende eine Andruckrolle (4) trägt.

8. Zahnstangengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Federbügel (10') mit zwei im wesentlichen gleichachsigen, voneinander axial beabstandeten Endstücken (10') versehen ist, die am Gehäuse (1) radial abgestützt sind und einander mit ihren Kegelspitzen zugewandte Kegelrollen oder kegelähnliche Rollen (11) tragen, die durch den Federbügel (10) axial gegeneinander gespannt werden und mit ihren kegeligen Umfangsflächen die Zahnstange (2) gegen das Ritzel (3) drängen.

9. Zahnstangengetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Federbügel (10) als Drahtfederbügel ausgebildet ist.

10. Zahnstangengetriebe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelrollen bzw. kegelähnlichen Rollen (11) mit Sacklöchern auf den Enden (10') des Federbügels (10) gelagert sind.