DE102005005400A1

DE102005005400A1 - Vorrichtung zum Andrücken einer Zahnstange an ein mit der Zahnstange in Eingriff stehendes Ritzel

Info

Publication number: DE102005005400A1
Application number: DE200510005400
Authority: DE
Inventors: Jens-Uwe Hafermalz; Andreas MÜLLER
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2005-02-05
Filing date: 2005-02-05
Publication date: 2006-08-10

Abstract

Eine Vorrichtung (8) zum Andrücken einer Zahnstange (3) an ein mit der Zahnstange (3) in Eingriff stehendes Ritzel (6), insbesondere bei einer Zahnstangenlenkung (1) für ein Kraftfahrzeug, weist ein in Richtung der Zahnstange (3) belastetes, verschieblich geführtes Druckstück (10) und eine auf das Druckstück (10) wirkende Stellschraube (3) auf, welche ein Außengewinde (17) aufweist, das in ein Innengewinde (16) einer Gehäusebohrung (9) eines die Zahnstange (3) lagernden Lenkungsgehäuses (2) einschraubbar ist. Das Außengewinde (17) der Stellschraube (13) weist wenigstens eine in axialer Richtung der Stellschraube (13) verlaufende Nut (18) auf, in welcher ein aus einem verformbaren WerkstOff bestehender Faden (19) eingesetzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Andrücken einer Zahnstange an ein mit der Zahnstange in Eingriff stehendes Ritzel, insbesondere bei einer Zahnstangenlenkung für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Zahnstangenlenkung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung und eine damit ausgestattete Zahnstangenlenkung für ein Kraftfahrzeug sind aus der DE 198 11 917 A1 bekannt. Diese Zahnstangenlenkung weist ein Lenkungsgehäuse auf, in dem eine Zahnstange längsverschieblich gelagert ist. Ein in dem Lenkungsgehäuse drehbar gelagertes Ritzel greift in die Verzahnung der Zahnstange ein und bewirkt bei Drehung der mit dem Ritzel drehfest verbundenen Lenksäule die seitliche Verlagerung der Zahnstange, was wiederum über Spurstangen und Achsschenkel zu einer Verschwenkung der gelenkten Räder des Kraftfahrzeuges 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 in das Ritzel drückt. Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist dabei bekannt, dass das Druckstückspiel über eine Stellschraube eingestellt wird, welche auch die Federvorspannung beeinflusst.

Das Druckstück muss derart ausgestaltet sein bzw. derart gegen die Zahnstange drücken, dass eine Kopplung der Zahnstange und des Ritzels ohne Spiel der miteinander in Eingriff stehenden Zähne aufrecht erhalten werden kann. Dabei müssen Fehler hinsichtlich der Exzentrität des Ritzels, seines axialen Spiels und des Verschleißes der Zähne berücksichtigt werden. Weiterhin muss der Mechanismus in der Lage sein, Stöße, die von den gelenkten Rädern stammen, wenn diese beispielsweise auf ein Hindernis stoßen, ohne Beschädigungen zu ertragen.

Auch bei sogenannten Steer-by-wire-Lenkungen und bei Elektrolenkungen, bei denen auf eine drehfeste Verbindung mit der Lenksäule verzichtet werden kann, muss der Eingriff des Ritzels in die Zahnstange spie frei gehalten werden. Auch in diesem Fall drückt ein gegenüber dem Ritzel an der Zahnstange anliegendes Druckstück unter Federvorspannung die Zahnstange gegen das Ritzel. Bei Elektro- oder Steer-by-wire-Lenkungen sind meist zwei Ritzel und dementsprechend auch zwei Druckstücke vorgesehen.

Das Druckstück wird in eine Gehäusebohrung des die Zahnstange lagernden Lenkungsgehäuses eingebracht und anschließend mit der Stellschraube gesichert. Zwischen dem Druckstück und der Stellschraube ist dabei in der Regel ein Federelement angeordnet, welches in vielfältiger Art und Weise ausgestaltet sein kann. Hierzu wird beispielsweise auf die gattungsgemäße Schrift verwiesen. Auch hinsichtlich der Ausgestaltung des Druckstücks sind aus dem allgemeinen Stand der Technik vielfältige Lösungen bekannt, wozu beispielsweise auf die DE 100 14 336 A1 , die DE 197 17 797 A1 sowie die DE 44 22 551 C1 verwiesen wird.

Die Gehäusebohrung weist in ihrem oberen Bereich, in den die Stellschraube eingeschraubt wird, ein Gewinde auf. Durch das Einschrauben der Stellschraube in die Gehäusebohrung wird die Federvorspannung eingestellt, mit der das Druckstück auf die Zahnstange drückt. Zusätzlich dazu dient die Stellschraube in der Regel als Endanschlag für die axiale Bewegung des Druckstücks. Die Stellschraube bestimmt somit das Druckstückspiel.

Das Einschrauben der Stellschraube bzw. das Einstellen des Druckstückspiels erfolgt beim Stand der Technik dadurch, dass die Stellschraube auf ein definiertes Moment angezogen wird. Anschließend wird das Gewinde der Stellschraube mit dem Gewinde der Gehäusebohrung verstemmt. Danach wird die Stellschraube zum Einstellen des Druckstückspiels nochmals um einige Winkelgrade verstellt. Dabei muss beachtet werden, dass ein definiertes Lösemoment der Stellschraube nicht unterschritten wird.

Durch das axiale Verstemmen und das anschließende Einstellen des Spiels ist nur noch eine Vorspannung im Gewinde vorhanden, welche sich über die Lebensdauer abbaut, sodass die durch das Verstemmen gewünschte Sicherungswirkung stark zurückgeht. Nachteilig ist darüber hinaus, dass bei dem Verstemmen Schmutz in Form von Spänen anfällt, wodurch die Funktionalität des Systems beeinträchtigt werden kann bzw. die Vorrichtung vor der endgültigen Auslieferung gereinigt werden muss.

Bei anderen, aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannten Zahnstangenlenkungen wird die Stellschraube durch eine Kontermutter gesichert, welche im Prinzip alle Funktionsanforderungen erfüllt. Dieses Sicherungskonzept ist aber sehr kostenintensiv.

Wieder andere Lösungen sehen die Sicherung der Stellschraube durch einen Kunststoffring vor, welcher in einer Radialnut in der Stellschraube aufgenommen und beim Einschrauben verformt wird. Diese Verformung soll ein Sicherungsmoment der Stellschraube erzeugen. Bei der Temperaturwechselbelastung, wie sie in Zahnstangenlenkungen von Kraftfahrzeugen auftritt, geht jedoch die elastische Vorspannung des Kunststoffrings verloren und die Stellschraube ist nicht mehr gesichert. Ähnlich verhält sich auch eine Beschichtung der Stellschraube mit einer Kunststoffschicht, was ebenfalls aus einem allgemeinen Stand der Technik bekannt ist.

Die teilweise zum Einsatz kommenden radialen Verstemmsicherungen haben den Nachteil, dass das Druckstückspiel von 0,05±0,03mm sehr stark verstellt wird, was mit großer Wahrscheinlichkeit zu Geräuschreklamationen durch zu großes Getriebespiel führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Andrücken einer Zahnstange an ein Ritzel zu schaffen, welche möglichst einfach und kostengünstig ist und auch bei stark wechselnden Temperaturbedingungen eine beständige Sicherung der Stellschraube ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Der erfindungsgemäße Faden in der wenigstens einen in axialer Richtung der Stellschraube verlaufenden Nut verformt sich beim Einschrauben der Stellschraube in die Gehäusebohrung des Lenkungsgehäuses und erzeugt somit eine hohe Reibung zwischen diesen Bauteilen, wodurch auch bei stark wechselnden Temperaturbedingungen stets das notwendige Sicherungsmoment der Stellschraube gegeben ist. Eine derartige Sicherung kann sowohl in der Serienfertigung als auch bei eventuell erforderlichen Reparaturen stets sehr einfach gehandhabt werden, so dass sich insgesamt eine sehr wirtschaftliche Vorrichtung zum Andrücken der Zahnstange an das Ritzel ergibt.

Von besonderem Vorteil ist in diesem Zusammenhang, dass mit Ausnahme der Einbringung des Fadens in die Nut keine zusätzlichen Montageschritte erforderlich sind. Dieses Einbringen des Fadens in die Nut kann jedoch in einem Vormontageschritt erledigt werden, so dass die eigentliche Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung erheblich schneller als beim Stand der Technik durchgeführt werden kann.

Bezüglich der Anforderungen hinsichtlich wechselnder Temperaturbedingungen im Bereich der Stellschraube hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der Faden ein Kunststoffmaterial aufweist, und insbesondere wenn der Faden aus einer mit einem Kunststoffmaterial ummantelten Kohlefaser besteht.

Wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung um den Umfang des Außengewindes der Stellschraube verteilt mehrere Nuten mit darin eingesetzten Fäden vorgesehen sind, so ergibt sich ein noch höheres Sicherungsmoment für die Stellschraube und damit eine noch größere Sicherung gegenüber einem unerwünschten Öffnen der Stellschraube. Durch die Anzahl der Nuten und der darin eingesetzten Fäden kann auf diese Weise das Sicherungsmoment der Stellschraube sehr genau eingestellt werden.

Eine Zahnstangenlenkung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Anspruch 7 angegeben.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
Es zeigt:
1 eine stark schematisierte Darstellung einer Zahnstangenlenkung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Schnitt nach der Linie II-II aus 3; und
3 eine Draufsicht auf die Stellschraube der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1 zeigt in einer sehr schematischen Darstellung eine Zahnstangenlenkung 1 für ein in seiner Gesamtheit nicht dargestelltes Kraftfahrzeug. Die Zahnstangenlenkung 1 weist in an sich bekannter Weise ein Lenkungsgehäuse 2 auf, in dem eine Zahnstange 3 verschieblich gelagert ist. Die Zahnstange 3, die im vorliegenden Fall einen runden Querschnitt aufweist, die jedoch jeden beliebigen Querschnitt aufweisen kann, wirkt in ebenfalls an sich bekannter Weise auf jeweilige Spurstangen 4, die zur Verstellung von Rädern 5 des Kraftfahrzeugs dienen. Mit der Zahnstange 3 steht zur Bewegung derselben ein Ritzel 6 in Eingriff, welches mit einer sehr schematisch angedeuteten Lenkspindel 7 drehfest verbunden ist.
Des weiteren weist die Zahnstangenlenkung 1 eine Vorrichtung 8 zum Andrücken der Zahnstange 3 an das Ritzel 6 auf, welche ein in einer Gehäusebohrung 9 des Lenkungsgehäuses 2 angeordnetes Druckstück 10, eine in der mit dem Bezugszeichen "11" bezeichneten Axialrichtung des Druckstücks 10 wirkende und das Druckstück 10 in Richtung der Zahnstange 3 belastende Feder 12 sowie eine die Gehäusebohrung 9 abschließende und auf die Feder 12 wirkende Stellschraube 13 aufweist. Das Druckstück 10 hat in an sich bekannter Weise die Auf gabe, das Verzahnungsspiel zwischen der Zahnstange 3 und dem Ritzel 6 zu begrenzen und die beim Lenken auftretenden Abweiskräfte aufzunehmen und in das Lenkungsgehäuse 2 abzuleiten. Des weiteren dient das Druckstück 10 dazu, Verzahnungsfehler zwischen der Zahnstange 3 und dem Ritzel 6 sowie eventuelle Richtfehler der Zahnstange 3 auszugleichen. Mittels der Stellschraube 13 kann die Vorspannung der Feder 12 eingestellt werden, um das Druckstück 10 nachzustellen und damit in an sich bekannter Weise den Arbeitspunkt der Vorrichtung 8 einzustellen. Insoweit sind die Vorrichtung 8 und deren Wirkungsweise beispielsweise aus der DE 197 17 797 A1 bekannt und in der Einleitung beschrieben worden, weshalb nachfolgend nicht näher darauf eingegangen werden soll.
In dem Schnitt nach 2 ist die Vorrichtung 8 zum Andrücken der Zahnstange 3 an das Ritzel 6 detaillierter dargestellt. Auf der der in 2 nicht dargestellten Zahnstange 3 zugewandten Seite des Druckstücks 10 ist eine sogenannte Druckstückfolie 14 vorgesehen, deren Funktion an sich bekannt ist und daher im folgenden nicht näher erläutert wird. Des weiteren ist erkennbar, dass die Feder 12 in einer Ausnehmung 15 angeordnet ist, welche sich sowohl in das Druckstück 10 als auch in die Stellschraube 13 hinein erstreckt. Zur Verbindung mit einem Innengewinde 16 der Gehäusebohrung 9 bzw. des Lenkungsgehäuses 2 weist die Stellschraube 13 ein Außengewinde 17 auf. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein metrisches Gewinde handeln, selbstverständlich sind jedoch auch andere Gewindeformen denkbar.
Durch ein Verdrehen der Stellschraube 13 in der Gehäusebohrung 9 wird ein bestimmtes Spiel zwischen der Zahnstange 3 und dem Ritzel 6 eingestellt. Nach dem Einstellen des Spiels zwischen der Zahnstange 3 und dem Ritzel 6 ergibt sich eine bestimmte relative Position zwischen der Stellschraube 13 und dem Lenkungsgehäuse 2, welche bei jeder Vorrichtung 8 unterschiedlich sein kann und welche durch Fixieren der Stellschraube 13 gesichert werden muss.
Dieses Fixieren der Stellschraube 13 wird bei der Vorrichtung 8 dadurch gelöst, dass das Außengewinde 17 der Stellschraube 13 eine in axialer Richtung der Stellschraube 13 verlaufende Nut 18 aufweist, in welcher ein aus einem verformbaren Werkstoff bestehender Faden 19 eingesetzt ist. Dadurch, dass der Faden 19 aus einem verformbaren Werkstoff besteht, verformt er sich beim Einschrauben der Stellschraube 13 in die Gehäusebohrung 9 des Lenkungsgehäuses 2 und erzeugt auf diese Weise eine sehr hohe Haftreibung, so dass ein ungewolltes Öffnen derselben verhindert wird. Die axiale Richtung der Stellschraube 13 fällt hierbei mit der Axialrichtung 11 des Druckstücks 10 zusammen.
Vorzugsweise weist der Faden 19 ein Kunststoffmaterial auf und besteht insbesondere aus einer mit einem Kunststoffmaterial ummantelten Kohlefaser. Dadurch sichert der Faden 19 auch in einem Temperaturbereich von zum Beispiel –40°C bis +120°C stets das notwendige Sicherungsmoment der Stellschraube, ohne das bei der Montage eingestellt Druckstückspiel, das sich üblicherweise in einem Bereich von 0,05±0,03mm bewegt, zu verändern.
Wie in 3 zu erkennen ist, weist der Faden 19 einen im wesentlichen runden Querschnitt auf. Der Faden 19 wird vor dem Einschrauben der Stellschraube 13 in die Gehäusebohrung 9 des Lenkungsgehäuses 2 in die vorzugsweise durch Fräsen hergestellte Nut 18 eingepresst, was jedoch in einem Vormontageschritt durchgeführt werden kann. Bereits durch dieses Einpressen kann sich eine geringfügige Verformung des Fadens 19 ergeben.
Um das Sicherungsmoment der Stellschraube 13 weiter zu erhöhen, können um den Umfang des Außengewindes 17 der Stellschraube 13 verteilt mehrere Nuten 18 mit darin eingesetzten bzw. eingepressten Fäden 19 vorgesehen sein. Hierbei ist eine gleichmäßige Verteilung der Nuten 18 mit den Fäden 19 anzustreben, es ist jedoch auch möglich, die Nuten 18 und die Fäden 19 ungleichmäßig um den Umfang der Stellschraube 13 zu verteilen.

1: Zahnstangenlenkung
2: Lenkungsgehäuse
3: Zahnstange
4: Spurstange
5: Räder
6: Ritzel
7: Lenkspindel
8: Vorrichtung
9: Gehäusebohrung
10: Druckstück
11: Axialrichtung
12: Feder
13: Stellschraube
14: Druckstückfolie
15: Ausnehmung
16: Innengewinde
17: Außengewinde
18: Nut
19: Faden

Claims

Vorrichtung zum Andrücken einer Zahnstange an ein mit der Zahnstange in Eingriff stehendes Ritzel, insbesondere bei einer Zahnstangenlenkung für ein Kraftfahrzeug, mit einem in Richtung der Zahnstange belasteten, verschieblich geführten Druckstück, und mit einer auf das Druckstück wirkenden Stellschraube, welche ein Außengewinde aufweist, das in ein Innengewinde einer Gehäusebohrung eines die Zahnstange lagernden Lenkungsgehäuses einschraubbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengewinde (17) der Stellschraube (13) wenigstens eine in axialer Richtung der Stellschraube (13) verlaufende Nut (18) aufweist, in welcher ein aus einem verformbaren Werkstoff bestehender Faden (19) eingesetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Faden (19) ein Kunststoffmaterial aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Faden (19) aus einer mit einem Kunststoffmate rial ummantelten Kohlefaser besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Faden (19) einen im wesentlichen runden Querschnitt aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Faden (19) in die Nut (18) eingepresst ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass um den Umfang des Außengewindes (17) der Stellschraube (13) verteilt mehrere Nuten (18) mit darin eingesetzten Fäden (19) vorgesehen sind.
Zahnstangenlenkung (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer in einem Lenkungsgehäuse (2) verschieblich gelagerten Zahnstange (3), mit einem mit einer Lenkspindel (7) verbundenen, mit der Zahnstange (3) in Eingriff stehenden Ritzel (6) und mit wenigstens einer Vorrichtung (8) zum Andrücken der Zahnstange (3) an das Ritzel (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.