DE10023775A1 - Zahnstange mit Oberflächenschutz - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zahnstange, insbesondere für Lenkgetriebe von Kraftfahrzeugen, mit einer Trägerstange, welche in einem Teilbereich ein Zahnabschnitt mit einer Außenverzahnung aufweist. Dabei ist die Verzahnung mit einem Oberflächenschutz, vorzugsweise einer Abdeckung, versehen, welcher formschlüssig mit der Trägerstange verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnstange, insbesondere für Lenkgetriebe von Kraftfahrzeugen, mit einer Trägerstange, welche in einem Teilbereich ein Zahnabschnitt mit einer Außenverzahnung aufweist. Herkömmliche Zahnstangen wurden im Stand der Technik als Vollteile aus Metall mit einer außen angeformten Verzahnung offenbart. Diese Zahnstangen waren insofern nachteilig, als sie ein relativ hohes Gewicht besaßen, demzufolge das Fahrzeuggewicht erhöht war und auch die Handhabung der Zahnstangen durch ihr Eigengewicht oder beispielsweise auch durch erhöhte Reibung, etc., erhöht wurde. Ein weiterer Nachteil dieser aus Vollmaterial bestehenden Zahnstangen war, daß sie Vibrationen jeder Art gut leitete und diese auf die Lenkung übertrugen, was den Fahrkomfort erheblich beeinträchtigte. Es sind im Stand der Technik daher Zahnstangen in Leichtbauweise vorgeschlagen worden. Diese umfassen gewöhnlich eine Trägerstange aus einem leichten Material beziehungsweise aus einer leichten Konstruktion. Da diese Materialien oder Konstruktionen in der Regel nicht die erforderliche Festigkeit für die Verwendung als Zahnstange aufweisen, wurde im Stand der Technik vorgeschlagen, daß die Verzahnung als Einlegeteil in die Trägerstange eingebaut wird.

Eine derartige Zahnstange ist in der DE 40 06 038 A1 offenbart. Sie ist für Lenkgetriebe von Kraftfahrzeugen vorgesehen und umfasst eine Trägerstange, auf welcher ein Zahnabschnitt angeordnet ist. Dabei ist die Trägerstange als hohler Grundkörper ausgebildet und weist einen Einlegeteil mit Verzahnung auf, welches aus einem Vollmaterial besteht. Der Grundkörper und das Einlegeteil sind miteinander verbunden, wobei sich das Einlegeteil nur über einen Teilbereich des Grundkörpers der Trägerstange erstreckt. Der Grundkörper weist im Wesentlichen gleichbleibende Wandstärke auf und ist vorzugsweise ein Rohr aus einem mehrschichtigen Verbundmaterial oder aus einem einschichtigen Metall, beispielsweise Stahl. Das Einlegeteil wird getrennt gefertigt und in einer dafür vorgesehenen Ausnehmung des Grundkörpers befestigt. Nachteil dieser Zahnstange des Standes der Technik war, daß das Einlegeteil in den Grundkörper eingesetzt und dort befestigt werden muss. Dabei ist es erforderlich entsprechende Passgenauigkeit zwischen den Teilen mit einer dauerhaften und zuverlässigen Verbindung herzustellen.

Als Alternative zu einer Zahnstange mit Einlegeteil ist eine als Hohlkörper aus einem ausreichend festen Material bestehenden Zahnstange, welche durch geeignete Umformverfahren in einem Abschnitt mit einer Verzahnung versehen ist. Nachteil dieser Zahnstange ist, daß der Zahnabschnitt bei Rohren in der Regel durch ein aufwendiges und teures Innenhochdruckumformverfahren hergestellt werden muss.

Es hat sich bei beiden Verfahren gezeigt, daß eine Vielzahl von Arbeitsschritten notwendig sind, um die Verzahnung herzustellen, was mit entsprechenden Zeit- und Kostennachteilen verbunden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es folglich eine Zahnstange zur Verfügung zu stellen, mit der die vorbeschriebenen Nachteile überwunden werden, insbesondere eine leichte, haltbare Zahnstange einfach und kostengünstig herzustellen.

Eine Lösung wird dadurch bereitgestellt, daß die Verzahnung mit einem Oberflächenschutz, vorzugsweise einer Abdeckung, versehen ist, welcher formschlüssig mit der Trägerstange verbunden ist. Vorteil dieser Ausgestaltung ist, daß der Zahnabschnitt an der Trägerstange an- beziehungsweise ausgeformt werden kann. Vorzugsweise ist die Verzahnung aus demselben Material wie die Trägerstange herstellbar und kann mit dieser einstückig verbunden werden. Ebenfalls ist es vorgesehen, daß die Verzahnung an der Trägerstange ausgeformt ist Um die Verzahnung ausreichend vor Verschleiß zu schützen, ist der Zahnabschnitt mit einem Oberflächenschutz versehen, der die Trägerstange vor den Kräften der aufeinander wirkenden Zähne im Lenkgetriebe schützt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zahnstange wird dadurch erreicht, daß die Verzahnung einstückig mit dem Oberflächenschutz verbunden und im Zahnabschnitt der Trägerstange befestigt ist. Hierzu ist die gesamte Verzahnung und der Oberflächenschutz in einem Teil hergestellt und wird im Zahnabschnitt der Trägerstange angeordnet und befestigt. Durch diese Zahnstange können insbesondere bei der Fertigung der Zahnstange erheblich Zeit und Kosten gespart werden, da die Herstellung einer derartigen Abdeckung eine besondere Bearbeitung der Zahnstange erspart.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnstange wird dadurch erreicht, daß der Oberflächenschutz eine mit der Form des Zahnabschnitts der Trägerstange korrespondierende Abdeckung aus einem Material mit hoher Festigkeit ist, vorzugsweise aus Metall, Keramik, Kunststoff oder einem Verbundmaterial, und daß die Abdeckung im Zahnabschnitt auf der Trägerstange angeordnet ist. Vorteilhaft an dieser Zahnstange ist, daß die Trägerstange und die Abdeckung so vorgefertigt werden können, daß die Abdeckung dabei mit den üblichen Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit bearbeitet werden kann. Es ist dazu vorgesehen, daß die Abdeckung aus höherwertigen Material besteht als die Zahnstange, mit dem in diesen Verfahren beste Festigkeitswerte erreichbar sind. Neben typischen Metallen sind hierzu auch Keramiken oder Keramikverbundstoffe, Kunststoffe oder Kunststoffverbundstoffe sowie bekannte Faserverbundstoffe vorgesehen.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnstange wird dadurch erreicht, daß der Oberflächenschutz eine mit der Form des Zahnabschnitts der Trägerstange korrespondierende Abdeckung aus einem Material mit hoher Festigkeit ist, vorzugsweise aus Metall, Keramik, Kunststoff oder einem Verbundmaterial, und daß die Abdeckung im Zahnabschnitt auf der Trägerstange angeordnet ist. Es ist dabei vorgesehen, daß die Abdeckung der Form der Mantelfläche angepasst ist und auf der Mantelfläche befestigt ist. Die Mantelfläche weist hierzu und zur Erreichung eines gleichmäßigen Durchmessers der Zahnstange eine teilweise Ausnehmungen auf, welche der Materialstärke der Abdeckung entsprechen und in welche die Abdeckung eingepasst ist. Die Befestigung kann mittels jeder geeigneten Verbindungstechnik mit der Mantelfläche erreicht werden. Es ist vorgesehen, das die Verbindung durch Stift-, Schraub-, Niet-, Nut und Feder- beziehungsweise durch Schweiß- oder Klebverbindung verbunden werden. Die Verbindungstechniken können dabei auch miteinander kombiniert werden. Desweiteren ist die Abdeckung vorzugsweise einstückig mit Spangen versehen, welche auf der Trägerstange befestigt werden können.

Eine besondere Ausführungsform wird dadurch bereitgestellt, daß die Abdeckung lösbar und austauschbar an der Mantelfläche befestigt ist. Es hat sich gezeigt, daß durch die Krafteinwirkung auf die Zähne der Zahnstange Abrieb zu einem Verschleiß der Oberfläche beziehungsweise der Abdeckung führt. Um eine kostengünstige Erneuerung der Abdeckung, beispielsweise bei der Wartung des Kraftfahrzeugs, zu ermöglichen, ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung vorgesehen. Sofern die Trägerstange zuerst verschleißt kann eine alte Abdeckung mit einer neuen Trägerstange verbunden werden.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Trägerstange ein Hohlkörper ist, beispielsweise ein Rohr, welches im Zahnabschnitt durch ein bekanntes Verfahren, wie Stanzen umgeformt worden ist. Eine erfindungsgemäße Alternative wird dadurch bereitgestellt, daß die Trägerstange ein Vollkörper aus einem leichten Material ist, vorzugsweise aus einem Leichtmetall, aus einem Kunststoff, einem Kunststoffgemisch und/oder aus einem Verbundmaterial, und daß der Zahnabschnitt am Vollkörper, vorzugsweise durch Fräsen, ausgeformt ist. Mit dieser Ausgestaltung ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Festigkeit der Trägerstange zu erhöhen und eine einfache und effiziente Bearbeitung des Zahnabschnitts zu ermöglichen und mit dem Oberflächenschutz zu versehen.

Für alle Ausführungsformen vorteilhaft ist eine Kosten- und Gewichtseinsparung sowie eine Erhöhung der Festigkeit und Lebensdauer. Desweiteren ist der Aufwand beim Recycling erheblich geringer und damit auch die Kosten, da die Bestandteile der Zahnstange getrennt und einer Wiederverwertung zugeführt werden können.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der begleitenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 Zahnstange gemäß der Erfindung im Längsschnitt;

Fig. 2 Zahnstange gemäß Fig. 1 im Querschnitt durch die Ebene I-I;

Fig. 3 Zahnstange gemäß Fig. 1 ohne Abdeckung;

Fig. 4 Zahnstange gemäß Fig. 3 im Querschnitt durch die Ebene I-I;

Fig. 5 Zahnstange gemäß Fig. 1 mit der Abdeckung und Verzahnung einstückig;

Fig. 6 Zahnstange gemäß Fig. 5 als Querschnitt durch die Ebene III-III.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Zahnstange 1 im Längsschnitt durch die Längsachse A. Sie ist als zylinderförmiger Vollkörper ausgeführt und umfasst eine Trägerstange 2 mit einem Zahnabschnitt 3. Der Zahnabschnitt 3 ist mit einem Oberflächenschutz 4 versehen. Der Oberflächenschutz 4 weist auf jeder Längsseite eine Spange 5, 6 auf, welche einstückig mit einer Abdeckung 7 der Verzahnung 8 verbunden sind. Die Spangen 5, 6 umgreifen die Trägerstange 2 zumindest teilweise und befestigen die Abdeckung 7 darauf. Für die Befestigung weisen die Spangen 5, 6 jeweils Befestigungsmittel auf, die in der Zeichnung als Stifte 8 ausgebildet sind. Andere Varianten der Befestigung wie beispielsweise Nut und Feder, Schraubung, Schweißung, Klebung oder dergleichen, sind ebenfalls von der Erfindung umfasst.

In Fig. 2 ist eine Zahnstange 1 gemäß Fig. 1 im Schnitt durch die Ebene I-I dargestellt. Zur Aufnahme des Oberflächenschutzes 4 weist die Trägerstange 2 eine Ausnehmung 9 auf, so daß die Mantelflächen der Trägerstange 2 und des Oberflächenschutzes 4 ineinander übergehen. Die Stifte 8 sitzen in der Trägerstange 2 in Führungen 10 ein. Die Führungen 10 und die Spangen 5, 6 sind so ausgestaltet, daß die Stifte 8 bei Belastung des Zahnabschnitts 3 durch eine Lenkstange nicht aus den Führungen 10 springen und der Oberflächenschutz 4 sich von der Trägerstange 2 löst.

Fig. 3 zeigt eine Trägerstange 2 ohne den Oberflächenschutz 4. Die Ausnehmung 9 in der Trägerstange 2 umfassen den Bereich der Spangen 5, 6 und der Abdeckung 7 an der Verzahnung 8. Im Bereich der Spangen 5, 6 sind Führungen 10 für die Stifte 8 vorgesehen, welche im Wesentlichen radial zur Längsachse A der Trägerstange 2 liegen.

Fig. 4 zeigt eine Trägerstange 2 gemäß Fig. 3 im Querschnitt durch die Ebene II-II. Die Trägerstange 2 weist die Ausnehmung 9 zur Aufnahme des Oberflächenschutzes 4 und die Führungen 10 im Zahnabschnitt 2 jeweils im Bereich der Spangen 5, 6 auf. Bei dünnen Spangen 5, 6 kann erfindungsgemäß auch auf die Ausnehmungen 9 verzichtet werden.

Fig. 5 zeigt eine Zahnstange 1 mit einem Zahnabschnitt 3, wobei der Oberflächenschutz 4 einstückig mit der Verzahnung 8 verbunden ist. Der Oberflächenschutz 4 ist dabei in eine Ausnehmung 9 an der Trägerstange 2 eingesetzt und mittels Spangen 5, 6 darin befestigt. Fig. 6 zeigt entsprechend eine Zahnstange 1 gemäß Fig. 5 als Querschnitt durch die Ebene III-III.

Bei allen dargestellten Ausführungsformen ist vorgesehen, daß die Trägerstange aus einem leichten Material, insbesondere Leichtmetall, Kunststoffen oder Keramiken besteht oder aus einem Verbundwerkstoff. Der Oberflächenschutz 4 ist mit einer Verzahnung 8 versehen beziehungsweise ist als Zahnsegmentblech 4 ausgeführt, welches vorzugsweise aus Stahl hergestellt ist. Das Zahnsegmentblech ist in einer Ausnehmung eingesetzt, welche in Form eines Segments aus der Trägerstange 2 ausgeformt ist. In Vorteilhafter Weise wird die Ausnehmung 9 aus der Trägerstange 2 ausgefräßt.

Bei einer Trägerstange 2, welche als Hohlkörper ausgestaltet ist, was in keiner Zeichnung dargestellt ist, ist es von Vorteil, den Oberflächenschutz 4 mit der Verzahnung 8 einstückig als Vollkörper herzustellen. Dabei kann die Ausnehmung 9 aus dem Hohlkörper, was beispielsweise ein Rohr oder Profil sein kann, herausgeschnitten werden und der Oberflächenschutz 4 in die Ausnehmung 9 eingesetzt und gehalten werden, indem die Spangen 4, 5 seitlich an der Mantelfläche befestigbar sind. Dadurch kann die Zahnstange erheblich leichter und kostengünstiger hergestellt werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Zahnstange

2

Trägerstange

3

Zahnabschnitt

4

Oberflächenschutz

5

Spange

6

Spange

7

Abdeckung

8

Stifte

9

Ausnehmung

10

Führung

11

Verzahnung

Claims (6)

1. Zahnstange (1), insbesondere für Lenkgetriebe von Kraftfahrzeugen, mit einer Trägerstange (2), welche in einem Teilbereich ein Zahnabschnitt (3) mit einer Außenverzahnung (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (11) mit einem Oberflächenschutz (4), vorzugsweise einer Abdeckung (7), versehen ist, welcher formschlüssig mit der Trägerstange (2) verbunden ist.

2. Zahnstange (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (11) einstückig mit dem Oberflächenschutz (4) verbunden und im Zahnabschnitt (3) der Trägerstange (2) befestigt ist.

3. Zahnstange (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenschutz (4) eine mit der Form des Zahnabschnitts (3) der Trägerstange (2) korrespondierende Abdeckung (7) aus einem Material mit hoher Festigkeit ist, vorzugsweise aus Metall, Keramik, Kunststoff oder einem Verbundmaterial, und daß die Abdeckung (7) im Zahnabschnitt (3) auf der Trägerstange (2) angeordnet ist.

4. Zahnstange (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (7) zumindest teilweise die Mantelfläche der Trägerstange (2) umgreift und/oder mittels Befestigungsmittel (8), vorzugsweise Greifstift-, Schraub-, Nut und Feder- oder durch Schweißverbindung mit der Trägerstange (2) verbunden ist.

5. Zahnstange (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (7) lösbar und austauschbar an der Mantelfläche befestigt ist.

6. Zahnstange (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerstange (2) ein Vollkörper aus einem leichten Material ist, vorzugsweise aus einem Leichtmetall, aus einem Kunststoff, einem Kunststoffgemisch und/oder aus einem Verbundmaterial, und daß der Zahnabschnitt (3) am Vollkörper, vorzugsweise durch Fräsen, ausgeformt ist.