DE10014336A1 - Zahnstangenlenkung mit ummanteltem Druckstück - Google Patents

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.