DE10021301A1 - Zahnstangenlenkgetriebe - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zahnstangengelenkgetriebe mit einem Zahnstangengehäuse, einer länglichen Zahnstange, die eine Längsachse aufweist und in der Richtung ihrer Längsachse innerhalb des Zahnstangengehäuses bewegbar ist, einem primären Ritzel, das Ritzelzähne aufweist, die mit der Zahnstange kämmen, einem Zahnstangendruckstück, das die Zahnstange in Richtung des primären Ritzels drückt und eine gekrümmte Zahnspangeneingriffsfläche aufweist, die eine Drehung der Zahnstange um die Längsachse herum gestattet, um eine richtig kämmende Auzsrichtung relativ zu dem primären Ritzel sicherzustellen, einem sekundären Ritzel, das mit der Zahnstange an einer Stelle kämmt, die von dem primären Ritzel in Richtung der Längsachse beabstandet ist, einem ersten Befestigungsmittel für das Zahnstangengehäuse, das neben dem primären Ritzel angeordnet ist, und einem zweiten Befestigungsmittel für das Zahnstangengehäuse, das neben dem sekundären Ritzel angeordnet ist, und einem Mittel, das eine begrenzte relative Drehbewegung des primären und des sekundären Ritzels um die Längsachse herum gestattet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zahnstangenlenkgetriebe, wie es ty­ pischerweise in einem Kraftfahrzeug verwendet wird.

Es sind Zahnstangenlenkgetriebe bekannt, die ein Zahnstangengehäuse, eine längliche Zahnstange, die eine Längsachse aufweist und in der Richtung ihrer Längsachse innerhalb des Zahnstangengehäuses bewegbar ist, ein primäres Ritzel, das Ritzelzähne aufweist, die mit der Zahnstange kämmen, und ein Zahnstangendruckstück umfassen, das die Zahnstange in Richtung des primären Ritzels drückt und eine gekrümmte Zahnstan­ geneingriffsfläche aufweist.

Bei einer Anordnung dieser Art und unter normalen Bedingungen stellen die Zahnstangendruckstücklast und ihre Gegenwirkungen auf die Ritzel­ lager eine richtige Ausrichtung zwischen den Zahnstangenzähnen und den Ritzelzähnen sicher, selbst wenn die Drehachse des Ritzels geringfü­ gig zu der vorgesehenen Position der Zahnstange oder umgekehrt fehl­ ausgerichtet ist, da sich die Zahnstange geringfügig um ihre Längsachse drehen kann, um eine im wesentlichen richtige Ausrichtung zwischen den Zahnstangenzähnen und Ritzelzähnen sicherzustellen.

Diese richtige Ausrichtung zwischen den Ritzelzähnen und den Zahnstan­ genzähnen wird jedoch gestört, wenn eine der folgenden Bedingungen vorherrscht:

• - die Zahnstange dreht sich um ihre Längsachse oder verdreht sich und das Ritzel kann ihrer Bewegung nicht folgen,
• - die Ritzelachse befindet sich nicht in ihrer richtigen Stellung (bei­ spielsweise wegen Herstellungsmaßabweichungen) und die Zahnstan­ ge weist keinen Freiheitsgrad auf, um von der Zahnstangendruck­ stücklast in eine günstige Stellung gedreht zu werden, beispielsweise weil die Zahnstange auch mit einem zweiten Zahnrad kämmt, das hö­ here Lasten auf die Zahnstange ausübt.

Ein Drehen um die Längsachse oder ein Verdrehen der Zahnstange könnte beispielsweise auftreten, wenn die Zahnstange über Torsion ver­ formt wird, beispielsweise wegen der Zahnstange eigenen Spannungen, die eine Verformung der Zahnstange nach der Einarbeitung der Zähne in die Zahnstange oder infolge einer Wärmebehandlung hervorbringen.

Im allgemeinen ist eine derartige Torsionsverformung der Zahnstange nicht kritisch, wenn nur ein einziges Ritzel mit dieser in Eingriff steht, weil die Zahnstage um ihre Längsachse in der Nähe des primären Ritzels rotie­ ren kann, um eine derartige Torsionsverformung zu kompensieren. Je­ doch können Umstände auftreten, in denen die Zahnstange an einer an­ deren Stelle einem Zwang unterliegt und sich somit nicht um das ge­ wünschte Ausmaß in der Nähe des primären Ritzels drehen kann, was demgemäß zu einem nicht richtigen Zahnkontakt dort und Torsionsbean­ spruchungen in der Zahnstange und im Zahnstangengehäuse führt.

Die Situation ist insbesondere dann kritisch, wenn ein sekundäres Ritzel oder Zahnrad mit der Zahnstange an einem Ort fern von dem primären Ritzel in Eingriff steht; eine Situation, die häufig auftritt, wenn das Zahn­ stangengetriebe eine Servozahnstange ist, d. h., in der eine Hilfskraft für die Bewegung der Zahnstange über einen Hilfskraftantrieb für ein sekundäres Ritzel oder Zahnrad vorgesehen ist. In diesem Fall wird das sekun­ däre Ritzel oder Zahnrad die Zahnstange einem Zwang unterwerfen, so das sie nur eine besondere Winkelstellung um ihre Drehachse herum an­ nehmen kann. Diese Stellung kann bedeuten, daß der kämmende Eingriff zwischen dem primären Ritzel und den Zähnen der Zahnstange nicht richtig erfolgt. Wenn alternativ die Lasten des primären Ritzels höher sind, kann es sein, daß der Eingriff am sekundären Ritzel oder Zahnrad nicht richtig erfolgt.

Dieses nicht richtige Kämmen, beispielsweise zwischen dem primären Rit­ zel und der Zahnstange, kann zu einem schnellen Verschleiß der Zähne, Schwergängigkeit der Zahnstange und später - mit verschliessenen Zäh­ nen - Zwischenraum zwischen der Zahnstange und dem Ritzel führen, was durch eine Verschlechterung der Lenkfähigkeit des Fahrzeuges deut­ lich wird. D. h., die Qualität und das Leistungsvermögen des Zahnstan­ genlenkgetriebes sind mangelhaft.

Außerdem führt das nicht richtige Kämmen zu Torsionsbelastungen an der Zahnstange, die zu deren Versagen führen können. Derartiges Versa­ gen ist besonders kritisch bei einer Zahnstange, die aus zwei über eine Verbindungsstelle zusammengefügte Teile hergestellt ist, wie es per se be­ kannt ist, da ein Versagen einer derartigen Verbindungsstelle zu einem Verlust der Lenkfähigkeit führen würde.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Zahnstangenlenkgetriebe zu schaffen, das die oben erwähnten Nachteile nicht besitzt.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Zahnstangenge­ triebe zu schaffen, bei dem ein richtiges Zahnkämmen, d. h., eine richtige Zahnausrichtung, zwischen dem primären Ritzel und der Zahnstange si­ chergestellt ist.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Zahnstangenge­ triebe von der Art zu schaffen, die ein sekundäres Ritzel oder Zahnrad verwendet, bei dem ein richtiges Kämmen der Zahnstange sowohl mit dem sekundären Ritzel oder Zahnrad als auch mit dem primären Ritzel sicher­ gestellt ist.

Es ist außerdem ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Zahnstangen­ lenkgetriebe zu schaffen, das die obigen Ziele erreicht und eine relativ einfache Konstruktion aufweist, die kostengünstig hergestellt werden kann.

Um die obigen Ziele zu erreichen, ist erfindungsgemäß ein Zahnstangen­ lenkgetriebe vorgesehen, mit einem Zahnstangengehäuse, einer länglichen Zahnstange, die eine Längsachse aufweist und in Richtung ihrer Längs­ achse innerhalb des Zahnstangengehäuses bewegbar ist, einem primären Ritzel, das Ritzelzähne aufweist, die mit der Zahnstange kämmen, einem Zahnstangendruckstück, das die Zahnstange in Richtung des primären Ritzels drückt und eine gekrümmte Zahnstangeneingriffsfläche aufweist, die eine Drehung der Zahnstange um die Längsachse herum gestattet, um eine richtig kämmende Ausrichtung relativ zu dem primären Ritzel sicher­ zustellen, einem sekundären Ritzel, das mit der Zahnstange an einer Stelle kämmt, die von dem primären Ritzel in Richtung der Längsachse beabstandet ist, einem ersten Befestigungsmittel für das Zahnstangenge­ häuse, das neben dem primären Ritzel angeordnet ist, und einem zweiten Befestigungsmittel für das Zahnstangengehäuse, das neben dem sekundären Ritzel angeordnet ist, und einem Mittel, das eine begrenzte relative Drehbewegung des primären und des sekundären Ritzels um die Längs­ achse herum gestattet.

Somit sind erfindungsgemäß Mittel vorgesehen, die eine begrenzte relative Drehbewegung des primären Ritzels und des sekundären Ritzels um die Längsachse herum gestatten, d. h., die es gestatten, das eines von dem primären Ritzel und dem sekundären Ritzel, vorzugsweise das sekundäre Ritzel, geringfügig um seine Längsachse herum schwimmt, so daß eine richtig kämmende Ausrichtung an sowohl dem ersten als auch dem se­ kundären Ritzel ungeachtet irgendeiner Verdrehung, die in der Zahnstan­ ge vorhanden sein kann, erreicht wird.

Außerdem wird mit der Anordnung der Erfindung diese Situation ohne die Notwendigkeit erreicht, eine Zahnstange mit einer Verbindungsstelle vor­ zusehen. Dementsprechend gibt es keine Gefahr eines Versagens der Zahnstange an der Verbindungsstelle.

Das sekundäre Ritzel wird typischerweise ein Hilfskraftritzel oder -zahnrad sein. Da ein derartiges sekundäres Ritzel gewöhnlich größere Kräfte auf die Zahnstange ausüben wird als das primäre Ritzel, ist es normalerweise das sekundäre Ritzel, das die Winkelorientierung der Zahnstange innerhalb des Zahnstangengehäuses bestimmt.

Bei einem ersten Verfahren einer Verwirklichung der Erfindung umfaßt das Mittel, das eine begrenzte relative Drehbewegung gestattet, eine nach­ giebige Konstruktion von einem von dem ersten und dem zweiten Befesti­ gungsmittel. In Verbindung damit ist dann zumindest ein Abschnitt des Zahnstangengehäuses zwischen dem primären Ritzel und dem sekundä­ ren Ritzel in bezug auf Torsion flexibel gestaltet, um die begrenzte relative Drehbewegung zu realisieren, die durch die nachgiebige Konstruktion von einem der Befestigungsmittel zugelassen wird.

Dadurch wird dem Zahnstangengehäuse bewußt erlaubt, sich zu verdre­ hen, um die begrenzte relative Drehbewegung des ersten und des sekun­ dären Ritzels um die Längsachse der Zahnstange herum zu erreichen, und das nachgiebige Befestigungsmittel ist ausreichend nachgiebig, um diese Torsionsbiegung des Zahnstangengehäuses zu gestatten. Bei einer Anord­ nung dieser Art ist das erste Befestigungsmittel neben dem primären Rit­ zel vorzugsweise sehr steif ausgebildet und starr an der Karosserie des Kraftwagens angebracht. Selbst wenn das Zahnstangengehäuse zwischen dem primären Ritzel und dem sekundären Ritzel brechen sollte, ist nichts desto weniger die Zahnstange angemessen geführt, so daß die Lenkfähig­ keit des Wagens nicht verlorengeht.

Das erste und das zweite Befestigungsmittel können vorzugsweise mit an einem Fahrzeug befestigten ersten und zweiten Befestigungslagerstütz­ körpern verbunden werden, wobei eines von dem ersten und dem zweiten Befestigungsmittel durch nachgiebige Anbringung an einem jeweiligen La­ gerstützkörper zu einem nachgiebigen Befestigungsmittel ausgebildet ist.

Der in bezug auf Torsion flexible Teil des Zahnstangengehäuses kann ei­ nen dünnwandigen Abschnitt aus einem Gußteil umfassen, das das Zahnstangengehäuse bildet. Alternativ kann er einen rohrförmigen Ein­ satz umfassen, der zwischen dem ersten bzw. zweiten Zahnstangengehäu­ seelement, die das primäre und das sekundäre Ritzel aufnehmen, ange­ ordnet ist. Insbesondere kann der rohrförmige Einsatz ein Bauteil der Fol­ genden umfassen:

• - ein Rohr mit kreisförmigem Querschnitt,
• - ein Rohr mit elliptischem Querschnitt,
• - ein Rohr mit polygonem Querschnitt,
• - ein Rohr aus einem Material, das einem Material der Zahnstangenge­ häuseelemente unähnlich ist,
• - ein Rohr aus einem Material, das einem Material der Zahnstangenge­ häuseelemente ähnlich ist.

Das Rohr wird normalerweise an seinen Enden starr an dem ersten und dem zweiten Zahnstangengehäuseelement angebracht sein. Jedoch ist es auch möglich, daß sich der rohrförmige Abschnitt geringfügig relativ zu dem zweiten Gehäuseelement neben dem sekundären Ritzel drehen kann, um die begrenzte Drehbewegung des sekundären Ritzels um die Längs­ achse herum zu gestatten. Eine Anordnung dieser Art erfordert auch, daß das Befestigungsmittel für das zweite Gehäuseelement nachgiebig kon­ struiert ist, damit das sekundäre Ritzel der Drehbewegung der Zahnstan­ ge, die durch diese Konstruktion gestattet wird, folgen kann.

Schließlich könnte das Zahnstangengehäuseelement, in dem das sekun­ däre Ritzel gelagert ist, schwimmend auf dem rohrförmigen Teil des Zahn­ stangengehäuses montiert sein, d. h., relativ zu diesem über einem be­ grenzten Winkelbereich drehbar, um das Mittel zu realisieren, das die be­ grenzte Drehbewegung um die Längsachse herum liefert. Somit umfaßt die vorliegende Erfindung auch ein Zahnstangenlenkgetriebe mit einem Zahnstangengehäuse, das ein erstes und ein zweites Endelement und ei­ nen rohrförmigen Abschnitt aufweist, der sich zwischen diesen erstreckt und ein erstes und ein zweites Ende aufweist, die jeweils starr mit dem ersten bzw. zweiten Endelement verbunden sind, einer Zahnstange, die eine Längsachse aufweist und sich innerhalb des Zahnstangengehäuses erstreckt, einem primären Ritzel, das in dem ersten Endelement gelagert ist und mit der Zahnstange kämmt, einem dritten Zahnstangengehäusee­ lement, das schwimmend an dem rohrförmigen Abschnitt des Zahnstangengehäuses für eine begrenzte Drehbewegung um die Längsachse herum montiert ist, und einem sekundären Ritzel, das an dem dritten Zahnstan­ gengehäuseelement gelagert ist und mit der Zahnstange kämmt.

Mit einer Konstruktion dieser Art würden beide Befestigungsmittel ge­ wöhnlich starre Befestigungsmittel sein, da die schwimmende Anordnung des dritten Gehäuseelements auf dem rohrförmigen Teil des Zahnstangen­ gehäuses ausreicht, um die begrenzte Drehbewegung zu erreichen, die er­ findungsgemäß erforderlich ist.

Weitere Vorteile und Ziele der Erfindung werden aus der weiteren Be­ schreibung und aus den beigefügten Ansprüchen deutlich werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ausführungsformen der Erfindung werden nun detaillierter anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben; in denen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des kämmenden Eingriffs zwi­ schen einem primären Ritzel und einer Zahnstange, um das Problem von Ritzelfehlausrichtung und dessen Lösung zu ver­ anschaulichen,

Fig. 2 eine schematische Zeichnung, die eine vereinfachte Darstel­ lung einer Lenkzahnstange zeigt, wobei das Zahnstangenge­ häuse entlang seiner Länge aufgebrochen ist, um den käm­ menden Eingriff mit dem primären und dem sekundären Rit­ zel zu veranschaulichen,

Fig. 3 ein Schaubild ähnlich Fig. 2, das jedoch eine alternative Aus­ führungsform der Erfindung zeigt,

Fig. 4 ein weiteres Schaubild ähnlich Fig. 2, das aber eine weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung zeigt,

Fig. 5a bis 5c Schaubilder, die mögliche alternative Ausführungsformen von Fig. 2 unter Verwendung von rohrförmigen Einsätzen zeigen,

Fig. 6a, 6b Befestigungslagerstützkörper für die beiden Enden der Zahn­ stange.

In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des kämmenden Eingriffs eines primären Ritzels 10 mit einer Zahnstange 12 zu sehen. Bezugszeichen 14 bezeichnet ein sogenanntes Zahnstangendruckstück, das eine teilweise zylindrische Führungsfläche 16 aufweist, die mit der entsprechend teil­ weise zylindrischen rückseitigen Fläche 18 der Zahnstange 12 in Eingriff steht. Das Ritzel 10 ist über Lager 20 in einem Zahnstangengehäuse drehgelagert, das bei 22 neben den Lagern 20 lediglich schematisch ver­ anschaulicht ist. Das Ritzel weist Ritzelzähne 24 auf, die mit entspre­ chenden, an der Zahnstange 12 vorgesehenen Zähnen 26 kämmen. Die strichpunktierte Linie 28 gibt einen Grad einer Fehlausrichtung der Zahn­ stange relativ zu dem Ritzel an, der ungefähr ±3° oder mehr betragen kann. Wegen der Last L, die von dem Zahnstangendruckstück 14 auf die Zahnstange 12 ausgeübt wird, werden die Zähne 26 in Kontakt mit den Zähnen 24 des Ritzels gedrückt. Die Druckverteilung entlang der Länge der Zähne 26, d. h., in der vertikalen Richtung in Fig. 1, bewirkt, daß sich die Zahnstange 12 in Richtung des Pfeils 30 um die Längsachse 42 der Zahnstange 12 herum dreht, so daß die Zähne 26 der Zahnstange 12 sich in richtig kämmender Ausrichtung mit dem primären Ritzel 10 (in Fig. 1 nicht gezeigt) befinden. Die Pfeile 32 geben an, daß das Zahnstangenge­ häuse der Last L entgegenwirkt.

Bei einer praktischen Konstruktion kann das Zahnstangendruckstück 14 entweder in Richtung der Drehachse 34 des Ritzels federbelastet sein oder einfach in seiner Stellung innerhalb des Zahnstangengehäuses entweder unter Verwendung von Abstandshaltern oder durch genaue Bearbeitung justiert sein, so daß die Zahnstange relativ zum Ritzel geeignet unterstützt ist. In dem letzteren Fall wird die Last L nicht durch die Federkraft son­ dern vielmehr durch die Reaktionskräfte erzeugt, die durch die Kämmung der Ritzelzähne 24 mit den Zahnstangenzähnen 26 hervorgerufen werden. In jedem Fall ist das Ergebnis das gleiche: die Zahnstange ist in der Lage, sich unter der Zahnlast derart zu drehen, daß eine richtig kämmende Ausrichtung mit dem Ritzel 10 trotz der Fehlausrichtung 28 resultiert, die auch durch Fehlausrichtung der Ritzelachse 34 relativ zum Zahnstangen­ gehäuse aufgrund von Bearbeitungstoleranzen hervorgerufen werden kann.

Wenn jedoch die Zahnstange 12 auf irgendeine Weise geringfügig verdreht wird und an einem anderen Ort einem Zwang unterliegt, so daß sie sich nicht in Richtung des Pfeils 30 drehen kann, ist es dann nicht möglich, die Fehlausrichtung der Zähne 26 und 24 zu korrigieren, und es können erhöhte Zahnbelastung, erhöhter Zahnverschleiß, Schwergängigkeit und schließlich Spiel auftreten. Außerdem könnte die resultierende Belastung auf die Zahnstange und das Zahnstangengehäuse zu einem Versagen die­ ser Bauteile führen.

In Fig. 2 ist der beste Ausführungsmodus der vorliegenden Erfindung zu sehen, um das oben anhand von Fig. 1 diskutierte Fehlausrichtungspro­ blem zu überwinden.

Fig. 2 zeigt die Zahnstange in einem Aufriß, wobei das Zahnstangenge­ häuse 22 parallel zur Längsachse 42 weggeschnitten ist. Wie zuvor be­ zeichnet Bezugszeichen 10 das primäre Ritzel, und Bezugszeichen, die in Fig. 2 verwendet werden, kennzeichnen die gleichen Bauteile, wie sie zu­ vor anhand von Fig. 1 diskutiert wurden.

Zusätzlich zu dem primären Ritzel 10 zeigt Fig. 2 auch ein sekundäres Ritzel 36, das ein Hilfskraftritzel ist, wobei die Hilfskraft auf bekannte Weise über den Servomotor 38 geliefert wird, der typischerweise ein hy­ draulisch angetriebener Servomotor oder eine elektrisch angetriebene Motor-Zahnrad-Kombination ist. Das Ritzel 36 könnte auch als eine un­ terschiedliche Art von Zahnrad realisiert sein, jedoch wird der Ausdruck "Ritzel" hier gattungsgemäß verwendet, um sowohl Ritzel als auch andere Arten eines Zahnrades zu benennen.

Das Ritzel ist auch relativ zu dem Zahnstangengehäuse 22 über jeweilige Lager 40 gelagert. Es ist aus Fig. 2 zu sehen, daß der Winkel der Achse 39 des sekundären Ritzels 36 relativ zur Längsachse 42 der Zahnstange 12 von dem Winkel 34 des primären Ritzels relativ zur Längsachse 42 ver­ schieden ist, d. h., es gibt kein Erfordernis, daß die Winkel gleich gestaltet sind, sondern es ist einfach notwendig, die Ritzelzähne gemäß dem ge­ wählten Winkel zu konstruieren. Wenn die Zahnstange 12 irgendeine in­ härente Verdrehung aufweist, so daß die Zahnstangenzähne 26 in der Nä­ he des sekundären Ritzels 36 um eine kleine Größe um die Achse 42 rela­ tiv zu den Zähnen 26 neben dem primären Ritzel 10 gedreht sind, oder wenn die Achse 37 des sekundären Ritzels 42 relativ zur Achse 34 des primären Ritzels fehlausgerichtet ist (was wieder aufgrund von Herstel­ lungstoleranzen geschehen kann), wäre es dann mit einer normalen Kon­ struktion unmöglich, eine richtige Kämmung an sowohl dem primären als auch dem sekundären Ritzel zu erreichen, es sei denn die Zahnstange ist mit einer Drehverbindungsstelle zwischen den Ritzeln 10 und 36 ausge­ bildet, was die Zahnstange schwächt und einen Ort eines möglichen Ver­ sagens der Zahnstange liefert.

Die Erfindung überwindet dieses Problem durch die Konstruktion von Fig. 2. Insbesondere ist der Abschnitt des Zahnstangengehäuses, der durch den Doppelpfeil 44 angedeutet ist, zwischen den Gehäuseenden 56 und 60 so elastisch hergestellt, wie es die Festigkeit des Gehäuses zuläßt. Er kann alternativ ein rohrförmiges Element 45 umfassen, das zwischen den beiden Zahnstangengehäuseelementen 56, 60 angeordnet ist, wie es in den Fig. 5a bis 5c gezeigt ist, wobei das Rohr starr mit jedem der Zahn­ stangengehäuseelemente verbunden ist und mit einer ausreichenden Tor­ sionselastizität versehen ist, um eine Torsionsbiegung des Zahnstangen­ gehäuses zu gestatten.

Fig. 2 zeigt auch ein erstes Befestigungsmittel 46 in der Form eines steifen Lagerstützkörpers, der das Ende des Zahnstangengehäuses neben dem primären Ritzel 10 unterstützt. Bezugszeichen 48 gibt an, das der Lager­ stützkörper 46, der das erste Befestigungsmittel bildet, starr mit der Fahr­ zeugkarosserie verbunden ist. Das zweite Ende des Zahnstangengehäuses neben dem sekundären Ritzel 36 ist mit einem zweiten Befestigungsmittel 50 versehen, das wieder an der Karosserie 48 des Fahrzeugs angebracht ist. Jedoch ist das Zahnstangengehäuse an dem Lagerstützkörper 50 von Fig. 2 über elastische Elemente (beispielsweise aus Gummi) an zwei oder mehr Punkten angebracht, wie es durch Bezugszeichen 52 veranschau­ licht ist, die symbolisch zeigen, daß die Befestigungseinrichtung nachgiebig (Darstellung einer Feder) und gedämpft ist (Darstellung eines Dämp­ fers). Eine Befestigungseinrichtung dieser Art ist derart konstruiert, daß sie einen Torsionsfreiheitsgrad zwischen dem Zahnstangengehäuse und der Fahrzeugkarosserie 48 gestattet.

Sollte eine Zahnstangenfehlausrichtung ein Problem sein, sind deshalb die Lasten, die auf die Zahnstange an dem primären und dem sekundären Ritzel wirken, in der Lage, eine Torsionsbiegung des Bereiches 44 des Zahnstangengehäuses und eine Torsionsbiegung am Ende des Zahnstan­ gengehäuses neben dem sekundären Ritzel relativ zur Fahrzeugkarosserie 48 zu bewirken. Dies bedeutet, daß die Zahnstange mit sowohl dem pri­ mären als auch dem sekundären Ritzel richtig ausgerichtet sein wird, und daß eine richtige Kämmung mit sowohl dem primären als auch dem se­ kundären Ritzel auftritt.

Sollte das Zahnstangengehäuse aus welchen Gründen auch immer versa­ gen, ist dann der Abschnitt des Zahnstangengehäuses neben dem primä­ ren Ritzel 10 dennoch starr an der Fahrzeugkarosserie angebracht, so daß kein Verlust der Lenkfähigkeit eintreten wird.

Es wäre theoretisch möglich, die gedämpfte Befestigungseinrichtung auf der Seite des primären Ritzels und die starre Befestigungseinrichtung auf der Seite des sekundären Ritzels vorzusehen oder tatsächlich nachgiebige Befestigungseinrichtungen an beiden Enden des Zahnstangengehäuses vorzusehen. Jedoch ist die in Fig. 2 gezeigte Anordnung die bevorzugte Ausführungsform.

In Fig. 3 ist eine alternative Konstruktion zu sehen, die der Konstruktion von Fig. 2 ähnlich ist, sich aber in einer Hinsicht von dieser unterscheidet. Wegen der Ähnlichkeit zwischen der Ausführungsform von Fig. 3 und der Ausführungsform von Fig. 2 sind die in Fig. 3 verwendeten Bezugszeichen gleich den in Fig. 2 verwendeten, jedoch um die Grundzahl 100 erhöht. Es sei denn, es ist etwas Gegenteiliges erwähnt, wird daher die in Verbindung mit Fig. 2 angegebene Beschreibung für die Beschreibung gemäß Fig. 3 für die entsprechenden Bezugszeichen gelten.

Der Unterschied zwischen der Ausführungsform von Fig. 3 und der Aus­ führungsform von Fig. 2 ist in der Tatsache zu sehen, daß das Zahnstan­ gengehäuse 22 nicht länger in bezug auf Torsion flexibel hergestellt ist sondern vielmehr in zwei Stücken hergestellt ist, die eine drehbare Ver­ bindungsstelle 154 enthalten, so daß das Zahnstangengehäuseendele­ ment 156, das das primäre Ritzel 136 trägt, relativ zu dem rohrförmigen Abschnitt 158 des Zahnstangengehäuses drehbar ist, der starr mit dem Zahnstangengehäuseelement 160 verbunden ist, in dem das primäre Rit­ zel 110 gelagert ist. Somit kann sich das linksseitige Ende des rohrförmi­ gen Abschnitts 158 des Zahnstangengehäuses 22 von Fig. 3 innerhalb des rohrförmigen Endes 154 des Zahnstangengehäuseelements 156 drehen, so daß die begrenzte Drehbewegung zwischen den beiden Enden des Zahnstangengehäuses hier über die drehbare Verbindungsstelle zwischen dem rohrförmigen Teil 158 des Zahnstangengehäuses und dem rohrförmi­ gen Abschnitt 154 des Zahnstangengehäuseelements 156 erreicht wird. In der Praxis wären eine Buchse und eine Dichtung zwischen den ineinan­ derschiebbar bzw. auseinanderziehbar befestigten Enden vorgesehen, um eine Verschmutzung auszuschließen und somit das Entweichen von Schmiermittel zu verhindern und eine richtige Ausrichtung des Zahnstan­ gengehäuseelements 156 mit dem Rest des Zahnstangengehäuses sicher­ zustellen. Bezugszeichen 155 und 157 beziehen sich jeweils auf einen ra­ dialen Flansch an dem rohrförmigen Abschnitt 158 der Ummantelung und eine Abdeckplatte am Ende des Zahnstangengehäuseelements 156, um eine relative axiale Bewegung zwischen dem rohrförmigen Abschnitt 158 und dem Zahnstangengehäuseelement 156 zu verhindern. Wieder sind elastische Befestigungseinrichtungen an dem Lagerstützkörper 150 vorge­ sehen (wie es in Fig. 6b gezeigt ist), um eine Drehung des Zahnstangenge­ häuseelements 156 relativ zum rohrförmigen Abschnitt 158 zu gestatten.

Fig. 4 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung. Hier sind die verwendeten Bezugszeichen gleich wie in Fig. 2, je­ doch um die Grundzahl 200 erhöht. Wieder gilt die für die Elemente von Fig. 2 angegebene Beschreibung für Elemente mit einer entsprechenden Zahl in Fig. 4, es sei denn es ist gegenteilig angegeben.

Die Ausführungsform von Fig. 4 ist von der Ausführungsform von Fig. 2 in zweierlei Hinsicht verschieden: Zuallererst ist das Zahnstangengehäuse 222 an sowohl dem linksseitigen als auch dem rechtsseitigen Ende an der Fahrzeugkarosserie über starre Befestigungseinrichtungen 246 befestigt. Die hier gezeigte Zahnstange kann beispielsweise ein erstes Gehäuseele­ ment 260 am rechtsseitigen Ende der Zahnstange in Fig. 4, ein zweites Zahnstangengehäuseelement 256 am linksseitigen Ende der Zahnstange und einen sich zwischen diesen erstreckenden, rohrförmigen Abschnitt 262 umfassen. Das sekundäre Ritzel 236 ist hier in einem dritten Zahn­ stangengehäuseelement 264 gelagert, das drehbar an dem rohrförmigen Abschnitt 262 des Zahnstangengehäuses 222 montiert ist. Zu diesem Zweck ist die Fläche des rohrförmigen Abschnitts 262 des Zahnstangen­ gehäuses ausreichend weggeschnitten, um einen kämmenden Eingriff zwischen dem sekundären Ritzel 236 und der Zahnstange 212 zu gestat­ ten.

Am Zahnstangengehäuse 222 befestigte Ringelemente 266 verhindern eine axiale Bewegung des dritten Zahnstangengehäuseelements 264 relativ zum Zahnstangengehäuse. Bei dieser Ausführungsform schwimmt das sekundäre Ritzel 236 auf dem Zahnstangengehäuse 262 und wird auto­ matisch eine Stellung annehmen, in der eine richtige Kämmung zwischen den Zahnstangenzähnen und den Zähnen des sekundären Ritzels unge­ achtet irgendeiner Verdrehung in der Zahnstange 212 vorhanden ist.

Die Fig. 5a bis 5c zeigen mögliche Ausführungsformen eines rohrförmigen Einsatzes, um jeweilige erste bzw. zweite Zahnstangengehäuseelemente 56 bzw. 60 der Ausführungsform von Fig. 2 zu verbinden. Es ist festzustellen, daß in Fig. 2 die Zahnstangengehäuseelemente 56 und 60 einstückig mit dem rohrförmigen Abschnitt 44 des Zahnstangengehäuses ausgebildet, beispielsweise in einem Stück mit diesem gegossen sind, wohingegen in der modifizierten Ausführungsform der Fig. 5a bis 5c ein rohrförmiger Verbindungseinsatz zwischen den Zahnstangengehäuseelementen 56 und 60 verwendet wird.

Wie es durch den jeweiligen Schnitt VI-VI gezeigt ist, weist der rohrförmi­ ge Einsatz von Fig. 5a einen kreisförmigen Querschnitt auf, der rohrförmi­ ge Einsatz von Fig. 5b weist einen elliptischen Querschnitt auf, und der rohrförmige Einsatz von Fig. 5c weist einen polygonen Querschnitt und insbesondere bei der gezeigten Ausführungsform einen quadratischen Querschnitt auf.

Schließlich zeigen die Fig. 6a und 6b eine mögliche Ausführungsform der Lagerstützkörper, die dazu verwendet werden, die beiden Enden des je­ weiligen Zahnstangengehäuses zu unterstützen. Fig. 6a zeigt eine mögli­ che Ausführungsform des steifen Lagerstützkörpers 46 von Fig. 2, wohin­ gegen Fig. 6b eine nachgiebige Konstruktion zeigt, die für die nachgiebige Befestigungseinrichtung 50 von Fig. 2 geeignet ist. Es ist klar, daß die gleichen Konstruktionen für die steifen oder flexiblen Lagerstützkörper von anderen Ausführungsformen verwendet werden könnten.

Bei allen in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen sind beide Ritzel 10 und 36; 110 und 136; 210 und 236 in der gleichen Ebene gezeigt, d. h., die jeweiligen Drehachsen 34 und 39; 134 und 139; 234 und 239 liegen in der gleichen Ebene. Dies ist jedoch nicht notwendig, aber einfach für die Veranschaulichung zweckmäßig. In der Praxis können das primäre und das sekundäre Ritzel um die jeweiligen Drehachsen in unterschiedlichen Ebenen liegen, d. h. in unterschiedlichen Winkelstellungen um die Längs­ achse der Zahnstange herum. Wenn unterschiedliche Winkelstellungen der Ritzel um die Längsachse der Zahnstange herum gewählt sind, müs­ sen dann die Zahnstangenzähne dementsprechend bearbeitet werden. Die Achsen des primären und des sekundären Ritzels sind derart veran­ schaulicht, daß sie unterschiedliche Winkel zur Längsachse der Zahn­ stange in der Ebene der Zeichnungen bilden. Diese Winkel könnten jedoch auch gleich sein, d. h., sie müssen nicht unterschiedlich sein. Wieder müssen die mit den jeweiligen Ritzeln kämmenden Zahnstangenzähne dementsprechend bearbeitet sein.

Der Lagerstützkörper 46 von Fig. 6a ist an der Fahrzeugkarosserie über vier Durchgangslöcher 47 befestigt (nur drei sind in Fig. 6a sichtbar), und das Zahnstangengehäuse ist an dem Lagerstützkörper über vier Schrau­ ben (nicht gezeigt) befestigt, die durch Bohrungen 49 in Deckelelementen 51 hindurch in entsprechende Gewindebohrungen 53 in dem Lagerstütz­ körper 46 hinein verlaufen. Die Deckelelemente 51 sind typischerweise einstückig mit dem Zahnstangengehäuse gegossen. Die Konstruktion des Lagerstützkörpers 50 von Fig. 6b ist ähnlich, mit der Ausnahme, daß Gummieinsätze 55 zwischen den Deckelelementen 51 und dem Lager­ stützkörper 50 vorgesehen sind, um die erforderliche Nachgiebigkeit zu schaffen.

Claims (17)

1. Zahnstangenlenkgetriebe mit einem Zahnstangengehäuse, einer länglichen Zahnstange, die eine Längsachse aufweist und in Rich­ tung ihrer Längsachse innerhalb des Zahnstangengehäuses beweg­ bar ist, einem primären Ritzel, das Ritzelzähne aufweist, die mit der Zahnstange kämmen, einem Zahnstangendruckstück, das die Zahnstange in Richtung des primären Ritzels drückt und eine ge­ krümmte Zahnstangeneingriffsfläche aufweist, die eine Drehung der Zahnstange um die Längsachse herum gestattet, um eine richtig kämmende Ausrichtung relativ zu dem primären Ritzel sicherzu­ stellen, einem sekundären Ritzel, das mit der Zahnstange an einer Stelle kämmt, die von dem primären Ritzel in Richtung der Längs­ achse beabstandet ist, einem ersten Befestigungsmittel für das Zahnstangengehäuse, das neben dem primären Ritzel angeordnet ist, und einem zweiten Befestigungsmittel für das Zahnstangenge­ häuse, das neben dem sekundären Ritzel angeordnet ist, und einem Mittel, das eine begrenzte relative Drehbewegung des primären und des sekundären Ritzels um die Längsachse herum gestattet.

2. Zahnstangenlenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sekundäre Ritzel ein Hilfskraftritzel umfaßt.

3. Zahnstangenlenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel, das die begrenzte relative Drehbewegung gestattet, eine nachgiebige Konstruktion von einem der ersten und zweiten Befesti­ gungsmittel umfaßt.

4. Zahnstangenlenkgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Abschnitt des Zahnstangengehäuses zwischen dem primären Ritzel und dem sekundären Ritzel in bezug auf Torsion flexibel ist, um die begrenzte Drehbewegung zu gestatten.

5. Zahnstangenlenkgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt des Zahnstangengehäuses einen dünnwandigen Ab­ schnitt von einem das Zahnstangengehäuse bildenden Gußteil um­ faßt.

6. Zahnstangenlenkgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt des Zahnstangengehäuses einen rohrförmigen Einsatz umfaßt, der zwischen einem ersten bzw. einem zweiten Zahnstan­ gengehäuseelement, die das primäre Ritzel und das sekundäre Rit­ zel aufnehmen, angeordnet ist, wobei der rohrförmige Einsatz ein Bauteil der Folgenden umfaßt:

• - ein Rohr mit kreisförmigem Querschnitt,
• - ein Rohr mit elliptischem Querschnitt,
• - ein Rohr mit polygonem Querschnitt,
• - ein Rohr aus einem Material, das einem Material der Zahnstangen­ gehäuseelemente unähnlich ist,
• - ein Rohr aus einem Material, das einem Material der Zahnstangen­ gehäuseelemente ähnlich ist.

7. Zahnstangenlenkgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr ein erstes und ein zweites Ende aufweist und an diesen Enden starr an dem ersten und dem zweiten Zahnstangengehäu­ seelement angebracht ist.

8. Zahnstangenlenkgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Befestigungsmittel erste und zweite Lager­ stützkörper umfassen, und daß einer von dem ersten und dem zweiten Lagerstützkörper durch elastische Anbringung an einem Konstruktionselement eines Fahrzeugs, in dem das Zahnstangen­ lenkgetriebe enthalten ist, zu einem nachgiebigen Befestigungsmittel ausgebildet ist.

9. Zahnstangenlenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnstangengehäuse ein erstes Zahnstangengehäuseelement umfaßt, das Lager für das primäre Ritzel enthält, ein zweites Zahn­ stangengehäuseelement umfaßt, das Lager für das sekundäre Ritzel enthält, und einen zwischen dem ersten und dem zweiten Zahn­ stangengehäuseelement angeordneten, rohrförmigen Abschnitt um­ faßt.

10. Zahnstangenlenkgetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Befestigungsmittel an dem ersten Zahnstangengehäuse­ element vorgesehen ist und das zweite Befestigungsmittel an dem zweiten Zahnstangengehäuseelement vorgesehen ist.

11. Zahnstangenlenkgetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Zahnstangengehäuseelement und der rohrförmige Abschnitt getrennt hergestellte und anschließend zu­ sammengebaute Elemente des Zahnstangengehäuses umfassen.

12. Zahnstangenlenkgetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Zahnstangengehäuseelement und der rohrförmige Abschnitt ein als eine Einheit ausgebildetes Zahnstan­ gengehäuse, beispielsweise in der Form eines einzigen Gußteils, umfassen.

13. Zahnstangenlenkgetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnstangengehäuseelement schwimmend an dem rohrförmi­ gen Abschnitt montiert ist, um das Mittel zu realisieren, das die be­ grenzte relative Drehbewegung um die Längsachse herum gestattet.

14. Zahnstangenlenkgetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zahnstangengehäuseelement schwimmend an dem rohr­ förmigen Abschnitt montiert ist, um das Mittel zu realisieren, das die begrenzte relative Drehbewegung um die Längsachse herum ge­ stattet.

15. Zahnstangenlenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange gerade Zähne aufweist und die Ritzel mit diesen kämmende, schrägverzahnte Zähne aufweisen.

16. Zahnstangenlenkgetriebe mit einem Zahnstangengehäuse, das ein erstes Endelement, ein zweites Endelement und einen rohrförmigen Abschnitt aufweist, der sich zwischen diesen erstreckt und ein er­ stes und ein zweites Ende aufweist, die jeweils starr mit dem ersten bzw. zweiten Endelement verbunden sind, einer Zahnstange, die ei­ ne Längsachse aufweist und sich innerhalb des Zahnstangengehäu­ ses erstreckt, einem primären Ritzel, das in dem ersten Endelement gelagert ist und mit der Zahnstange kämmt, einem sekundären Rit­ zel, das in dem zweiten Endelement gelagert ist und mit der Zahn­ stange kämmt, und einem Mittel, das eine begrenzte relative Dre­ hung des primären und des sekundären Ritzels um die Längsachse herum gestattet.

17. Zahnstangenlenkgetriebe mit einem Zahnstangengehäuse, das ein erstes und ein zweites Endelement und einen rohrförmigen Ab­ schnitt aufweist, der sich zwischen diesen erstreckt und ein erstes und ein zweites Ende aufweist, die jeweils starr mit dem ersten bzw. zweiten Endelement verbunden sind, einer Zahnstange, die eine Längsachse aufweist und sich innerhalb des Zahnstangengehäuses erstreckt, einem primären Ritzel, das in dem ersten Endelement ge­ lagert ist und mit der Zahnstange kämmt, einem dritten Zahnstan­ gengehäuseelement, das schwimmend an dem rohrförmigen Abschnitt des Zahnstangengehäuses für eine begrenzte Drehbewegung um die Längsachse herum montiert ist, und einem sekundären Rit­ zel, das an dem dritten Zahnstangengehäuseelement gelagert ist und mit der Zahnstange kämmt.