DE10014336A1 - Zahnstangenlenkung mit ummanteltem Druckstück - Google Patents
Zahnstangenlenkung mit ummanteltem DruckstückInfo
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- F16H55/28—Special devices for taking up backlash
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Lenkgehäuse, in dem eine Zahnstange längsverschieblich gelagert ist, sowie mit einem mit der Zahnstange kämmenden Ritzel und einem Druckstück, wobei das Druckstück einen Grundkörper und eine zumindest abschnittsweise auf den Grundkörper unverlierbar aufgebrachte Kunststoffbeschichtung aufweist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnstangenlen
kung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Derartige Zahnstangenlenkungen sind aus dem Stand der
Technik bekannt. Bei einer Zahnstangenlenkung wird die
Zahnstange in Längsrichtung verschieblich in einem Lenk
gehäuse geführt. Ein in dem Lenkgehäuse drehbar gelager
tes Ritzel greift in die Verzahnung der Zahnstange ein
und bewirkt bei Drehung der mit dem Ritzel drehfest ver
bundenen Lenksäule die seitliche Verlagerung der
Zahnstange, die wiederum über Spurstangen und Achsschen
kel zu einer Verschwenkung der gelenkten Räder des Kraft
fahrzeugs führt. Der Eingriff des Ritzels in die
Zahnstange wird spielfrei gehalten, indem ein gegenüber
dem Ritzel an der Zahnstange anliegendes Druckstück unter
Federvorspannung die Zahnstange gegen das Ritzel drängt.
Das Druckstück muss dabei zum einen die erforderliche An
presskraft übertragen können und zum anderen eine Lager
fläche bieten, die bei Verschiebung der Zahnstange auf
dem Druckstück keine nennenswerten Reibkräfte und keinen
wesentlichen Verschleiß hervorruft.
Zu diesem Zweck sind Druckstücke bekannt, bei denen das
Druckstück selbst aus einer Aluminiumlegierung gefertigt
ist und die Anlagefläche, die der Zahnstange zugewandt
ist, mit einer Kunststoffeinlage versehen ist. Die Kunst
stoffeinlage weist die erforderlichen Lager- und Ver
schleißeigenschaften auf. Eine derartige Anordnung ist in
der DE 44 22 551 C1 dargestellt.
Weiter ist bekannt, dass Druckstücke insgesamt aus Kunst
stoff hergestellt werden können, so beispielsweise aus
der DE-OS 20 01 478.
Druckstücke aus Kunststoff haben sich in der Praxis nicht
bewährt, weil auch hierbei eine spanende Nachbearbeitung
erforderlich ist und zudem Toleranzen und Temperaturver
halten problematisch sind. Bei Druckstücken aus Aluminium
mit einer Kunststoffauflage ist in der Praxis nachteilig,
dass die Produktion und Bevorratung von zwei Arten von
Bauteilen erforderlich ist, was gegenüber einer einteili
gen Lösung nachteilig ist.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Zahnstangenlenkung mit einem Druckstück zu schaffen, das
zum einen nicht während der Montage aus mehreren Bauele
menten zusammengesetzt werden muss und zum anderen die
mechanischen Anforderungen an ein Druckstück voll er
füllt.
Diese Aufgabe wird von einer Zahnstangenlenkung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weiter ist es Aufgabe, ein Verfahren zur Fertigung einer
erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkung zu schaffen. Diese
Aufgabe wird von einem Verfahren mit den Merkmalen des
Anspruchs 7 gelöst.
Weil das Druckstück einen Grundkörper und eine zumindest
abschnittsweise auf den Grundkörper unverlierbar aufge
brachte Kunststoffbeschichtung aufweist, kann das Druck
stück als einzelnes Bauteil gefertigt und bevorratet wer
den. Es weist dennoch die mechanischen Eigenschaften des
zweiteiligen Druckstücks auf.
Wenn das Druckstück eine der Zahnstange zugewandte Stirn
fläche mit einem Lagerbereich, einer an die Stirnfläche
angrenzenden Mantelfläche sowie eine der Stirnfläche ge
genüberliegende Widerlagerfläche für eine Druckfeder auf
weist, wobei zumindest der Lagerbereich und die Mantel
fläche mit der Kunststoffbeschichtung versehen ist, kann
auch die passgenaue Fertigung des Druckstücks im Bereich
der Mantelfläche, an der das Druckstück im Lenkgehäuse
gelagert ist, bei der Beschichtung hergestellt werden.
Eine spanende Bearbeitung der Mantelfläche, die ansonsten
üblich ist, entfällt. Die raue unbearbeitete Oberfläche
wirkt sich vielmehr günstig für die Haftung des Kunst
stoffs aus.
Vorteilhaft wird der Grundkörper mit Kunststoff um
spritzt, so dass die beiden Materialien eine innige Ver
bindung eingehen. Der Grundkörper wird weiter besonders
preisgünstig im wesentlichen ohne spanende Bearbeitung
gefertigt. Dies ist möglich, wenn alle eine besondere
Maßhaltigkeit erfordernden Oberflächen von der Beschichtung
abgedeckt werden, so dass die Oberflächenqualität
unmittelbar nach dem Guss nur in unkritischen Bereichen
der Oberfläche auftritt. Dabei wird derzeit bevorzugt,
wenn der Grundkörper im Druckgussverfahren aus einem Me
tall gefertigt ist. Auch die Fertigung im Spritzgussver
fahren z. B. aus einem Duroplast ist möglich.
Schließlich ist für die Fertigung des Druckstücks von
Vorteil, wenn der Grundkörper eine von der Widerlagerflä
che zu der Stirnfläche durchgehende Bohrung aufweist,
durch die das Kunststoffmaterial eingespritzt werden
kann.
Weil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Fertigung
einer insoweit beschriebenen Zahnstangenlenkung vorgese
hen ist, dass a) der Grundkörper in einem Gussverfahren
gefertigt wird, dass b) der Grundkörper in eine Form ein
gesetzt wird, deren Wandungen des Formhohlraums das Nega
tiv der Stirnfläche und der Mantelfläche des Druckstücks
bilden, so das ein im wesentlichen dünner Raum zwischen
dem Grundkörper und den Wandungen entsteht und dass c)
eine Kunststoffmasse in den Raum eingespritzt wird, kann
das Druckstück zum einen in einer relativ einfachen Ober
flächenqualität gefertigt werden und dann umspritzt wer
den, wobei die erforderlichen mechanischen Eigenschaften
und Abmessungen der kritischen Oberflächen erzeugt wer
den. Zum anderen wird ein Druckstück geschaffen, dessen
metallischer Kern bei günstigem Gewicht eine gute mecha
nische Stabilität sowie günstige Wärmeausdehnungseigen
schaften des Druckstücks gewährleistet, während die un
verlierbar aufgespritzte Kunststoffoberfläche die erfor
derlichen Eigenschaften für die Lagerung der Zahnstange
und die Lagerung im Lenkgehäuse aufweist. Dabei wird vor
teilhaft die Kunststoffmasse von der Widerlagerfläche her
durch die Bohrung eingespritzt, so dass die Stirnfläche
und die Mantelfläche mit Kunststoff ummantelt werden kön
nen, während die Widerlagerfläche frei bleibt. Die frei
bleibende Widerlagerfläche ist dabei außerhalb des Form
hohlraums angeordnet und somit leicht zugänglich. Dies
gilt in gleicher Weise für die Bohrung, so dass sich ins
gesamt eine einfache Fertigung ergibt.
Im folgenden wird die vorliegenden Erfindung anhand eines
Ausführungsbeispiels beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1: Den Grundkörper eines erfindungsgemäßen
Druckstücks in einer perspektivischen An
sicht;
Fig. 2: den Grundkörper gemäss Fig. 1 in einem
Schnitt entlang der Linie II-II;
Fig. 3: den Grundkörper gemäss Fig. 1 in einem
Schnitt entlang der Linie III-III; sowie
Fig. 4: einen Querschnitt durch das Druckstück in
einer Darstellung gemäss Fig. 2 mit ei
ner Kunststoffbeschichtung der Stirnflä
che und der Mantelfläche.
Die Fig. 1 zeigt einen Grundkörper 1 eines Druckstücks
einer erfindungsgemäßen Servolenkung in einer perspekti
vischen Darstellung. Der Grundkörper 1 ist im wesentli
chen von kreiszylindrischer Form mit einer Mantelfläche
2, einer Stirnfläche 3 und einer der Stirnfläche 3 gege
nüberliegenden Widerlagerfläche 4.
Die Stirnfläche 3 weist ein im wesentlichen Y-förmiges
Querschnittsprofil 5 auf, das dem Negativ einer entspre
chend geformten Y-förmigen Zahnstange entspricht. Das
Profil ist hierbei symmetrisch mit Schrägflächen 7, Flan
ken 8 und einer Grundfläche 9. Die Schrägflächen 7 tragen
jeweils eingeformte Nuten 10, die rechtwinklig auf die
Flanken 5 zu verlaufen. Die Grundfläche 9 ist von einer
mittigen, zu der Mittenachse des Grundkörpers 1 koaxialen
Durchgangsbohrung 11 durchsetzt. Weiter trägt die Mantel
fläche 2 in ihrem der Widerlagerfläche 4 benachbarten Be
reich umlaufende Ausnehmungen 13 auf, von denen die der
Widerlagerfläche 4 benachbarte Ausnehmung in Gestalt ei
nes Rücksprungs ausgeformt ist, während die weiter im
Mantelbereich angeordnete Ausnehmung 13 eine Nut mit
rechteckigem Querschnitt ist.
Die Fig. 2 zeigt den Grundkörper 1 der Fig. 1 in einem
achsparallelen Querschnitt entlang der Linie II-II der
Fig. 1. In dieser Darstellung ist das Y-förmige Profil 5
erkennbar, das bei anderen Ausführungsformen je nach Ges
talt der Zahnstange angepasst sein kann, beispielsweise
halbrund gestaltet sein kann. Die Widerlagerfläche 4
weist eine in dieser Darstellung erkennbare Ausnehmung 15
auf, die in an sich bekannter Weise als Widerlager für
eine Schraubenfeder dient. Diese Schraubenfeder bewirkt
in der Zahnstangenlenkung den Andruck des Druckstücks an
die dem Ritzel abgewandte Seite der Zahnstange.
Die Fig. 3 zeigt den Grundkörper 1 in einem gegenüber
der Darstellung in der Fig. 2 um 90° gedrehten Schnitt
etwa entlang der Linie III-III der Fig. 1.
In dieser Darstellung ist eine Draufsicht auf eine Seite
des Profils 5, insbesondere auf die Flächen 3, 8 und die
Nuten 10 veranschaulicht.
Der Grundkörper 1 wird erfindungsgemäß in einem Gießver
fahren, bevorzugt in Aluminiumdruckguss, hergestellt, wo
bei das Profil 5 und die Mantelfläche 2 gegenüber dem
endgültigen Bauelement ein Untermaß aufweisen.
In der Fig. 4 ist der Grundkörper 1 mit den bislang be
schriebenen Elementen in einer Darstellung gemäss Fig. 2
dargestellt. Die Fig. 4 zeigt das einbaufertige Druck
stück der erfindungsgemäßen Lenkung, bei dem das Profil 5
und die Mantelfläche 2 mit einer Kunststoffbeschichtung
20 versehen sind. Die Kunststoffbeschichtung 20 ist dabei
in ihrer Dicke jeweils so bemessen, dass sich im Bereich
des Profils 5 und der Mantelfläche 2 die für die erfin
dungsgemäße Lenkung erforderlichen Abmessungen ergeben.
Das Druckstück gemäss Fig. 4 wird in der Weise gefer
tigt, dass zunächst der Grundkörper 1 im wesentlichen oh
ne weitere spanende Bearbeitung aus dem Gießprozess ent
nommen wird und in eine Negativform eingesetzt wird, de
ren Begrenzung des Formhohlraumes den angestrebten
Außenabmessungen im Bereich des Profils 5 und der Mantel
fläche 2 entspricht. Damit entspricht der Formhohlraum
letztlich dem Profil der in der Lenkung vorhandenen
Zahnstange sowie dem Innendurchmesser des Druckstückge
häuses, in dem das Druckstück gelagert ist. Der Grundkör
per 1 wird nun in diesen Formhohlraum eingesetzt und
durch die Durchgangsbohrung 11 von der Widerlagerfläche 4
her mit Kunststoff beaufschlagt. Der Kunststoff wird da
bei in einem Spritzgussverfahren in den zwischen der Wan
dung des Formhohlraumes und dem Grundkörper 2 gebildeten
Zwischenraum gedrängt und dort in an sich bekannter Weise
verfestigt.
Dabei geht der Kunststoff, der die Beschichtung 20 bil
det, eine innige Verbindung mit der Oberfläche des Grund
körpers 2 ein und wird dort insbesondere auch durch Ein
griff in die Ausnehmungen 13, die Nuten 10 und die Boh
rung 11 fest und unverlierbar verankert.
Nach dem Einspritzen der Beschichtung kann das fertige
Druckstück aus dem Formhohlraum entnommen werden und ist
im wesentlichen ohne weitere Nachbearbeitung einbaufer
tig. Insbesondere ist bei dem beschriebenen Verfahren ei
ne nennenswerte Kosteneinsparung gegenüber herkömmlichen
Druckstücken möglich, weil der Grundkörper 2 praktisch
nicht spanend bearbeitet werden muss und das Druckstück
einstückig und unverlierbar mit der im Betrieb und in ih
ren Gleiteigenschaften vorteilhaften Kunststoffoberfläche
versehen ist, während bei herkömmlichen Druckstücken ein
metallisches Druckstück in spanender Bearbeitung herge
stellt werden musste und ein zusätzliches Einlegeteil aus
Kunststoff bei der Fertigung der Lenkung eingesetzt wur
de. Hierdurch ergeben sich auch logistische Vorteile, da
das Druckstück als einzelnes Bauteil vorgehalten und mon
tiert werden kann, während bei den beschriebenen zweitei
ligen Druckstücken des Standes der Technik diese Bevorra
tung und Montage mit zwei Bauteilen anfiel.
Schließlich ergeben sich durch Verwendung des beschriebe
nen Druckstücks in einer Servolenkung auch technische
Vorteile. Das Druckstück ist mit einer unverlierbaren und
fest verankerten Kunststoffbeschichtung versehen, während
die bekannten Einlegeteile mehr oder weniger lose auf dem
Druckstück aufliegen. Im Bereich der Mantelfläche kann
zudem das Druckstück mit einer geringen Toleranz in das
Druckstückgehäuse des Lenkungsgehäuses eingesetzt werden,
was sowohl hinsichtlich der thermischen Ausdehnung als
auch hinsichtlich der Geräuschentwicklung vorteilhaft ge
genüber herkömmlichen Lösungen ist.
Claims (8)
1. Zahnstangenlenkung für ein Kraftfahrzeug, mit einem
Lenkgehäuse, in dem eine Zahnstange längsver
schieblich gelagert ist, sowie mit einem mit der
Zahnstange kämmenden Ritzel und einem Druckstück,
dadurch gekennzeichnet, dass das
Druckstück einen Grundkörper und eine zumindest ab
schnittsweise auf den Grundkörper unverlierbar aufge
brachte Kunststoffbeschichtung aufweist.
2. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das Druckstück eine
der Zahnstange zugewandte Stirnfläche mit einem La
gerbereich, eine an die Stirnfläche angrenzende Man
telfläche sowie eine der Stirnfläche gegenüber lie
gende Widerlagerfläche für eine Druckfeder aufweist,
wobei zumindest der Lagerbereich und die Mantelfläche
mit der Kunststoffbeschichtung versehen ist.
3. Zahnstangenlenkung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Grundkörper mit Kunststoff umspritzt ist.
4. Zahnstangenlenkung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Grundkörper im wesentlichen ohne spanende
Bearbeitung gefertigt ist.
5. Zahnstangenlenkung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Grundkörper im Druckgussverfahren aus einem
Metall oder im Spritzgussverfahren aus einem Duro-
oder Thermoplast gefertigt ist.
6. Zahnstangenlenkung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Grundkörper eine von der Widerlagerfläche zu
der Stirnfläche durchgehende Bohrung aufweist.
7. Verfahren zur Fertigung einer Zahnstangenlenkung nach
einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass
- a) der Grundkörper in einem Gussverfahren gefertigt wird;
- b) der Grundkörper in eine Form eingesetzt wird, de ren Wandungen des Formhohlraums das Negativ der Stirnfläche und der Mantelfläche des Druckstücks bil den, so dass ein im wesentlichen dünner Raum zwischen dem Grundkörper und den Wandungen entsteht;
- c) eine Kunststoffmasse in den Raum eingespritzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Kunststoffmasse von
der Widerlagerfläche her durch die Bohrung einge
spritzt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2000114336 DE10014336A1 (de) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | Zahnstangenlenkung mit ummanteltem Druckstück |
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Publications (1)
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