DE102006023795A1

DE102006023795A1 - Druckstückeinheit für ein Zahnstangenlenkgetriebe

Info

Publication number: DE102006023795A1
Application number: DE102006023795A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl.-Ing. Willared; Markus Dipl.-Ing. Stiegler
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-03-04
Filing date: 2006-05-20
Publication date: 2007-09-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Druckstückeinheit (9) für ein Zahnstangenlenkgetriebe eines Kraftfahrzeugs, die der Gewährleistung einer Anpresskraft zwischen einer Zahnstange und einem Antriebsrad des Zahnstangenlenkgetriebes dient. Zur Verbesserung der dynamischen Eigenschaften der Druckstückeinheit ist erfindungsgemäß parallel zu einem Federelement (32) ein Dämpfungselement (33) angeordnet, welches mit einem Elastomermaterial gebildet ist. Einem auftretenden Spiel und/oder einem Verschleiß wird durch eine automatische Ausgleichseinrichtung (55) Rechnung getragen, die beispielsweise mit einer Torsionsfeder (26) und einer Nachstellmutter (29) gebildet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Druckstückeinheit zur Gewährleistung einer Anpresskraft zwischen einer Zahnstange und einem Antriebsrad eines Zahnstangenlenkgetriebes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage einer Druckstückeinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.

Hintergrund der Erfindung

Aus DE 199 37 254 A1 ist ein Zahnstangenlenkgetriebe für ein Kraftfahrzeug bekannt, in dem ein Ritzel mittels Wälzlagern drehbar gelagert ist und über eine Welle aus dem Gehäuse des Zahnstangenlenkgetriebes für eine Aufbringung eines Lenkmoments herausgeführt ist. Das Ritzel steht in Eingriff mit einer Zahnstange, die quer zu dem Ritzel verschiebbar angeordnet ist. Um zu gewährleisten, dass die Verzahnung der Zahnstange spielfrei an der Schneckenverzahnung des Ritzels anliegt, ist eine Druckstückeinheit vorgesehen. Die Druckstückeinheit umfasst eine Gehäusebuchse, eine in der Gehäusebuchse verschiebbar gelagerte Hülse sowie ein in der Hülse verschiebbar ge führtes Druckstück. An einem Rücken des Druckstücks drücken Spiraldruckfedern das Druckstück gegen den Zahnstangenrücken, so dass die Verzahnung der Zahnstange in die Schneckenverzahnung des Ritzels gedrückt wird. Zur Minimierung der Reibung zwischen Druckstück und Rücken der Zahnstange ist im Kontaktbereich eine geeignete Gleitlagerung vorgesehen. Für den Fall, dass infolge von im Betrieb des Zahnstangenlenkgetriebes auftretendem Verschleiß das Druckstück in Richtung des Ritzels wandert, ist eine hydraulische Ausgleichseinrichtung vorgesehen, die bei einer Verschiebung des Druckstücks ein Hydraulikmedium nachführt in einen Ausgleichszylinder, der parallel zu den Federelementen auf das Druckstück wirkt (vgl. auch DE 199 37 253 A1 ).

DE 102 47 332 A1 offenbart ein Druckstück, welches aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist und eine Gleitlagerung für die Zahnstange aufweist. Der Druckkörper ist in eine topfartige Hülse mit einem nach innen gewölbten Bodenbereich und einer Hülse angeordnet und über radial nach außen orientierte Nasen im Bodenbereich mit radialen Ausnehmungen der Hülse verriegelt. Das Druckstück ist über eine Schraubenfeder gegenüber dem Gehäuse der Druckstückeinheit abgestützt.

DE 103 14 358 A1 offenbart eine weitere Druckstückeinheit, bei der das Druckstück eine der Kontur der Zahnstange angepasste drehbare Führungsrolle aufweist, an der die Zahnstange anliegt. Die Führungsrolle ist beidseitig an ihren Außenseiten in radialer Richtung sowohl oberhalb als auch unterhalb ihrer Drehachse durch je ein Wälzlager gelagert, welches Radial- und Axialkräfte aufnehmen kann. Die Außenringe der Wälzlager besitzen eine kugelige Außenkontur, die in einer ebenfalls kugelig ausgebildeten Aufnahmebohrung des Druckstücks aufgenommen sind.

DE-OS 1 948 612 ist ebenfalls die Aufbringung einer Anpresskraft zwischen Ritzel und Zahnstange über ein Federelement zu entnehmen, welches zwischen ein Druckstück und ein Gehäuse des Zahnstangenlenkgetriebes zwischengeschaltet ist. Der dem Druckstück abgewandte Endbereich des Feder elements stützt sich hierbei an einer Stellschraube ab.

DE 102 08 947 A1 offenbart eine Druckstückeinheit für eine elektromechanische Lenkung, in der parallel zu einer mechanischen Feder ein richtungsabhängiger Fluiddämpfer angeordnet ist, wobei die Dämpfung des Fluiddämpfers größer ist als die Federkraft der Feder. Das zugelassene Zahnspiel kann über eine Stellschraube eingestellt werden. Die Druckstückeinheit ist axial begrenzt bewegbar in einer Bohrung eines Gehäuses einer Getriebestufe. Die Druckstückeinheit besitzt zur Bereitstellung der fluidischen Dämpfung zwei Fluidkammern, die durch den Kolben des Fluiddämpfers voneinander getrennt sind und über eine Drosselstelle mit einem Durchlass mit Rückschlagventil verbunden sind. Bei einer Bewegung des Druckstücks in Druckrichtung wird das Volumen einer Fluidkammer vergrößert, wodurch ein Unterdruck entsteht. Das Rückschlagventil öffnet in einem derartigen Fall, so dass für einen Druckausgleich das Hydraulikmedium in die Fluidkammer gefördert wird. Für derartige Bewegungen ist ein Ausgleichselement vorgesehen, bei dem es sich um einen eine Fluidkammer abschließenden membranartigen Balg oder ein schwammartiges Ringelement, welches in einer im Druckstück ausgesparten Ringnut angeordnet ist, handelt.

Gemäß DE 26 34 054 A1 ist zwischen ein Druckstück und ein Gehäuse radial außenliegend zur Druckrichtung eine elastische Büchse zwischengeschaltet, die aus einem elastischen, Geräusch dämpfenden Material wie beispielsweise Gummi besteht und einer Dämpfung von Geräuschen, beispielsweise aufgrund von Fahrbahnstößen sowie einem Ausgleich von Fertigungstoleranzen dient. Für eine Bereitstellung der Anpresskraft zwischen Zahnstange und Antriebsrad ist eine Spiralfeder verantwortlich.

Weitere Ausgestaltungen von Druckstückeinheiten sind beispielsweise aus DE 34 08 673 C2 , DE 35 25 688 C2 , DE 36 37 107 A1 , DE 82 03 943 U1 , DE 24 02 062 A1 bekannt.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für einen dauerhaften Einsatz geeignete Druckstückeinheit mit gutem statischen, quasi-statischem und dynamischem Federungs- und Dämpfungsverhalten sowie ein Verfahren zu Montage einer derartigen Druckstückeinheit vorzuschlagen.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich entsprechend den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8. Ein Verfahren zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 9 gekennzeichnet.

Die Erfindung beruht zunächst auf der Erkenntnis, dass für die aus dem Stand der Technik bekannten fluidischen Dämpfungselemente die Dämpfungswirkung durch die viskosen Eigenschaften des eingesetzten Fluids, Strömungselemente wie Drosseln oder Blenden und beispielsweise Rückschlagelemente beeinflusst werden müssen. Anstelle eines derartigen fluidischen Dämpfungselements schlägt die Erfindung den Einsatz eines elastomeren Dämpfungselements vor, dessen statischen und dynamischen Feder- und Dämpfungseigenschaften maßgeblich durch Wahl des Materials und Geometrie des elastomeren Dämpfungselements sowie dessen Kontakt zu benachbarten Bauteilen vorgebbar sind.

Weiterhin hat sich gezeigt, dass für den Einsatz eines fluidischen Dämpfungselements die mechanischen Eigenschaften wie Steifigkeit und Dämpfung bei stark unterschiedlichen Temperaturen im Winterbetrieb und Sommerbetrieb (mit zusätzlicher Erwärmung im Betrieb der Druckstückeinheit) variieren können. Derartige Probleme können für den erfindungsgemäßen Einsatz eines elastomeren Dämpfungselements besser beherrschbar sein.

Darüber hinaus stellt der Einsatz eines fluidischen Dämpfungselements erhöhte Anforderungen an Bauraum und die einzusetzenden Komponenten sowie Fertigung und Montage, da zur Vermeidung einer Leckage enge Fertigungstoleranzen zu wählen sind. Weiterhin sind u. U. Dichtelemente vorzusehen sind sowohl für ruhende Kontaktflächen als auch für bewegte Kontaktflächen, beispielsweise im Bereich eines Dämpfungskolbens, sowie zusätzliche hydraulische Elemente wie Drosseln, Ventile u. ä. Im Gegensatz hierzu kann ein elastomeres Dämpfungselement kostengünstig gefertigt werden, ohne dass zwingend zusätzliche Bauelemente erforderlich sind. U. U. können die Fertigungstoleranzen von das elastomere Dämpfungselement umgebenden Bauelementen vergrößert ausgebildet sein, wenn infolge des elastischen Verhaltens des elastomeren Dämpfungselements das Dämpfungselement Toleranzen auszugleichen vermag.

Ein vermeintlicher Vorteil von fluidischen Dämpfungselementen ist, dass bei diesen ein Ausgleich

– eines vorhandenen Spiels, beispielsweise infolge von Fertigungstoleranzen im Bereich der Druckstückeinheit und/oder zwischen Antriebsrad und Zahnstange,
– und/oder eines Verschleißes bei Dauerbetrieb der Druckstückeinheit und des Zahnstangenlenkgetriebes

durch eine hydraulische Nachstelleinrichtung oder ein fluidisches Spielausgleichselement möglich ist. Die vorliegende Erfindung hat erkannt, dass, entgegen dem Vorurteil der Fachwelt, eine derartige Ausgleichseinrichtung nicht nur für ein fluidisches Dämpfungselement infolge fluidischer Nachstellmöglichkeiten möglich ist, sondern vielmehr auch eine Ausgleichseinrichtung einsetzbar ist, wenn ein elastomeres Dämpfungselement verwendet ist. Eine derartige automatische Ausgleichseinrichtung kann für einen Ausgleich eines Spiels und/oder eines Verschleißes vorgesehen sein und ist insbesondere mechanisch ausgebildet, was zu einer kostengünstigen und einfachen Herstellung und Montage sowie einer hohen Betriebssicherheit führen kann.

Erfindungsgemäß kann für die Druckstückeinheit durch die Parallelschaltung von Federelement und elastomerem Dämpfungselement eine gewünschte Dämpfungskennlinie (und Federkennlinie) vorgegeben werden. Für die Dämpfungskennlinie kann durch Einsatz der Ausgleichseinrichtung ein Arbeitspunkt vom Verschleiß und Spiel unabhängig gehalten werden. Durch eine exakte Vorgabe des Arbeitspunkts der Federkennlinie durch die Ausgleichseinrichtung kann die Anpresskraft zwischen Zahnstange und Antriebsrad exakt vorgegeben werden, wodurch die Verlustreibung und u. U. ein Verschleiß minimiert werden kann.

Die erfindungsgemäße Druckstückeinheit ist kostengünstig herstellbar. Durch den Einsatz des elastomeren Dämpfungselements ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Druckstückeinheit insbesondere für eine Massenfertigung gegeben. Die Druckstückeinheit weist einen optimalen Wirkungsgrad auf, der beispielsweise zu einem stick-slip-freien oder reibungsarmen Lauf zwischen Druckstück und Gehäuse führen kann. Durch den Entfall des fluidischen Mediums für einen entsprechenden Fluiddämpfer kann eine besonders prozesssichere Montage ermöglicht werden. Durch Einsatz des elastomeren Dämpfungselements können Schwingungen des Druckstücks im Betrieb zumindest vermindert werden, was verschleißmindernd wirkt und einer Schallemission reduziert.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist zur Ausbildung der Ausgleichseinrichtung ein Abstützelement für das Dämpfungselement vorgesehen. Das Abstützelement ist in Druckrichtung verschieblich, so dass über die Verschiebung des Abstützelements ein Ausgleich eines Spiels oder eines Verschleißes möglich ist. Für eine Bewirkung einer geeigneten Verschiebung des Abstützelements ist dieses in Druckrichtung von einem Federelement beaufschlagt. Eine derartige Beaufschlagung hat zur Folge, dass für den Fall, dass infolge eines Spiels oder Verschleißes das Druckstück in Druckrichtung verschoben wird, das Abstützelement automatisch, vorzugsweise um denselben Betrag, nachgeführt wird, so dass die Beaufschlagung des Dämpfungselements zwischen Abstützelement und Druckstück von der vorgenannten Ver schiebung zumindest weitestgehend unabhängig gestaltet werden kann. Denkbar ist, dass ein derartiges Abstützelement hydraulisch nachgeführt wird. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist allerdings das Abstützelement von einem geeigneten mechanischen Federelement beaufschlagt, so dass die Vorspannung des Federelements die Nachführung des Abstützelements bewirkt. Auf diese Weise kann eine besonders einfache und kostengünstig herzustellende sowie mit geringem Aufwand zu montierende automatische Ausgleichseinrichtung geschaffen werden, die auch in einem dauerhaften Betrieb zuverlässig einen Spiel- oder Verschleißausgleich ermöglicht.

Für eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckstückeinheit ist ein das Dämpfungselement abstützenden Abstützelement als in Druckrichtung mit dem Gehäuse verschraubbare Nachstellmutter ausgebildet, die

– ein Innengewinde besitzt, welches auf ein Außengewinde eines Gehäusebolzens oder einer Gehäusehülse aufschraubbar ist, oder
– ein Außengewinde besitzt, welches in ein Innengewinde des Gehäuses einschraubbar ist.

Zunächst kann über eine derartige Nachstellmutter für eine Erstmontage eine Montageposition des Abstützelements vorgegeben werden. Zumindest in dem Betrieb der Druckstückeinheit ist die Nachstellmutter insbesondere von einem Federelement beaufschlagt, wobei das Federelement in einer Nachstellsituation eine Verdrehung der Nachstellmutter derart bewirkt, dass die Einspannung des Dämpfungselements zwischen Nachstellmutter und Druckstück konstant gehalten wird oder zumindest nachgeführt wird. Sofern keine Selbsthemmung der Nachstellmutter erfolgt, ist der Einsatz eines axialen Federelements möglich, der infolge der Steigung der Gewinde von Nachstellmutter und Gehäuse eine Verdrehung der Nachstellmutter bewirken kann, wenn eine von dem Abstützelement auf die Nachstellmutter ausgeübte Kraft in Druckrichtung unter einen vorgegebenen Schwellwert fällt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Federelement allerdings um ein Torsionsfederelement, welches ein Drehmoment erzeugt, das für einen Abfall der Anpresskraft unter einen Schwellwert eine Verdrehung und damit eine Nachstellung der Nachstellmutter bewirkt. Auf die vorgenannte Weise kann eine besonders einfach ausgebildete Ausgleichseinrichtung gebildet werden. Die Zwischenschaltung eines Gewindes zwischen das für die Anpresskraft verantwortliche Federelement, welches auf das Druckstück einwirkt, und das die Nachstellmutter beaufschlagende Federelement hat zur Folge, dass Kräfte, insbesondere Kraftspitzen, die im Bereich des Druckstücks erzeugt werden, aufgeteilt werden auf eine Komponente, die sich an dem Gewinde des Gehäuses abstützt, und eine andere Komponente, die an das die Nachstellmutter beaufschlagende Federelement weitergeleitet wird. Somit ist zwischen den beiden vorgenannten Federelementen eine Art Über- bzw. Untersetzung geschaffen. Bei dem die Nachstellmutter beaufschlagenden Federelement kann es sich um ein beliebiges Federelement handeln mit linearer, nichtlinearer, progressiver oder degressiver Steifigkeit. Vorzugsweise ist das Federelement zumindest in dem für den Betriebsbereich für einen Verschleiß- oder Spielausgleich verantwortlichen Arbeitsbereich mit einer Kennlinie ausgestattet, deren hervorgerufenes Torsionsmoment in diesem Arbeitsbereich weitestgehend konstant ist, so dass auch das auf die Nachstellmutter ausgeübte Nachstellmoment weitestgehend konstant ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse mit einem topfförmigen Gehäusekörper ausgestattet, der einen Boden aufweist und eine ungefähr hohlzylinderförmige Hülse. Ein derartiger topfförmiger Gehäusekörper kann beispielsweise in einem Umformprozess einfach und kostengünstig hergestellt werden, wobei der Gehäusekörper dennoch mit einer gewünschten Steifigkeit ausgestattet sein kann. Für einen derartigen Gehäusekörper kann sich das Federelement sowie das Dämpfungselement in Druckrichtung an dem vorgenannten Boden abstützen, während Druckstück, Dämpfungselement und/oder Federelement seitlich in der Hülse geführt sind. Eine derartige Führung kann ständig, beispielsweise über eine geeignete Gleitkontaktgestaltung, bestehen oder lediglich nach Überwindung eines Spiels zwischen der Hülse und dem Druckstück, dem Dämpfungselement und/oder dem Federelement.

Entsprechend einem weiteren Vorschlag der Erfindung besitzt das Dämpfungselement mindestens eine radial nach außen zu der Druckrichtung orientierte Nase. Die Nase greift in einer Montagestellung in eine Ausnehmung der Hülse ein, wodurch eine Sicherung dieser Montagestellung, beispielsweise vor einem Einsetzen der Druckstückeinheit in das Zahnstangenlenkgetriebe, erfolgen kann. Zwischen Ausnehmung und Nase kann ein Spiel vorgesehen sein, welches zumindest der in einem dauerhaften Betrieb zu erwartenden Verschiebung des Dämpfungselements gegenüber der Hülse infolge eines Ausgleichs des Verschleißes und/oder eines Spiels Rechnung trägt. Ebenfalls möglich ist, dass die Nase an der Begrenzung der Ausnehmung der Hülse anliegt oder nach Überwindung eines Spiels zur Anlage kommt, so dass weitere Bewegungen des Dämpfungselements unter elastischer Beaufschlagung der Nase möglich sind. Hierdurch können die Randbedingungen des Dämpfungselements weiter beeinflusst werden und beispielsweise unstetig und stufenartig verändert werden, wenn die Nase für eine Überwindung eines Teilspiels zur Anlage an der Ausnehmung der Hülse kommt. Die Nase kann weiterhin eine leichte Vormontage des Dämpfungselementes in dem Gehäuse ermöglichen, wenn diese als Rastierung in eine Ausnehmung des Gehäuses "einschnappen" kann.

Eine verbesserte Montageeinheit kann durch die Druckstückeinheit gebildet werden, wenn die Hülse in dem dem Boden abgewandten Endbereich mindestens einen Anschlag bildet. Ein derartiger Anschlag kann die maximale Bewegung des Druckstücks in Druckrichtung vorgeben. Beispielsweise umgreift die Hülse das Druckstück derart, dass das Druckstück über den Anschlag daran gehindert werden kann, nach außen in Druckrichtung aus dem Gehäuse auszutreten. Somit wird die Druckstückeinheit mit an dem Anschlag anliegendem Druckstück in das Zahnstangenlenkgetriebe eingeführt. Kommt das Druckstück dann zur Anlage an die Zahnstange und wird hier eine Anpresskraft erzeugt, löst sich unter zusätzlicher elastischer Beaufschlagung des Federelements das Druckstück von dem Anschlag.

Eine weitere Vereinfachung der Montage kann dadurch erfolgen, dass eine Montagehilfe vorgesehen ist, mittels welcher die Ausgleichseinrichtung deakti vierbar ist. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ohne stirnseitig auf das Druckstück wirkende Anpresskraft die Ausgleichseinrichtung dazu neigen würde, eine Verschiebung des Abstützelements in Druckrichtung zu bewirken, und zwar auch aus einem Bereich heraus, der der nach der Montage gewünschten Betriebsstellung entspricht. Dies würde bedeuten, dass mit der Montage durch von dem Monteur aufgebrachte Kräfte die Ausgleichseinrichtung wieder in eine sinnvolle Stellung zurück verbracht werden müsste. Ein derartiger zusätzlicher Kraftaufwand kann durch den erfindungsgemäßen Einsatz der Montagehilfe vermieden werden, für die das Abstützelement im Bereich einer sinnvollen Betriebsstellung gehalten werden kann und die Ausgleichseinrichtung erst nach erfolgter Montage der Druckstückeinheit in dem Zahnstangenlenkgetriebe freigegeben wird. Für eine besonders einfache Ausführungsform handelt es sich bei der Montagehilfe um einen Stift, der in eine geeignete Bohrung des Gehäuses für die Deaktivierung der Ausgleichseinrichtung einsetzbar ist und sich bis zu einer Bohrung oder Nut der Nachstellmutter erstreckt, so dass eine Verdrehung der Nachstellmutter vermieden ist. Der Verriegelungsstift erstreckt sich vorzugsweise parallel zur Druckrichtung.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird in einem ersten Verfahrensschritt die Ausgleichseinrichtung deaktiviert. Beispielsweise kann ein derartiges Deaktivieren darin bestehen, dass in die Druckstückeinheit der zuvor erwähnte Stift derart eingesetzt ist, dass eine Verdrehung der Nachstellmutter vermieden oder begrenzt ist. Insbesondere befindet sich für eine derartige deaktivierte Ausgleichseinrichtung das der Ausgleichseinrichtung zugeordnete Federelement in einem vorgespannten Zustand, der einem erwarteten Betriebszustand für montierte Druckstückeinheit entspricht. Mit einer derart deaktivierten und vorgespannten Ausgleichseinrichtung wird die Druckstückeinheit in das Zahnstangenlenkgetriebe eingesetzt. Befindet sich das Druckstück in dem Zahnstangenlenkgetriebe, wird die Montagehilfe entfernt, was beispielsweise in einer Entfernung des Verriegelungsstifts bestehen kann. Hierdurch wird die Ausgleichseinrichtung aktiviert.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft, ohne dass diese zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch ein Zahnstangenlenkgetriebe mit einem Antriebsrad, einer Zahnstange und einer Druckstückeinheit gemäß dem Stand der Technik, vgl. DE 199 37 254 A1 ;
2 eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Druckstückeinheit in einem Längsschnitt;
3 die Druckstückeinheit gemäß 2 in einer Explosionsdarstellung;
4 den Einsatz einer weiteren Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Druckstückeinheit in einem Zahnstangenlenkgetriebe in einem Halbschnitt; und
5 den Einsatz einer weiteren Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Druckstückeinheit in einem Zahnstangenlenkgetriebe in einem Halbschnitt.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
1 zeigt ein Zahnstangenlenkgetriebe mit einem Gehäuse 1, in dem ein Antriebsrad 2 oder Ritzel über Wälzlager 3 drehbar gelagert ist. Das Antriebsrad 2 weist einen Wellenabschnitt 4 auf, welcher aus dem Gehäuse 1 des Zahnstangenlenkgetriebes herausgeführt ist. Das Gehäuse 1 ist gegenüber dem Wellenabschnitt 4 mittels eines Dichtelements 5 abgedichtet. Über den Wellenabschnitt 4 ist das Antriebsrad 2 mit einer Lenkspindel eines Kraftfahrzeugs verbindbar. Innerhalb des Gehäuses 1 besitzt das Antriebsrad 2 eine Schneckenverzahnung 6, die mit einer Verzahnung 7 einer Zahnstange 8 in Eingriff steht. Die Zahnstange 8 ist quer zu einer Längsachse des Antriebsrads 2 verschiebbar angeordnet. Um zu gewährleisten, dass die Verzahnung 7 der Zahnstange 8 in spielfreier Anlage an der Schneckenverzahnung 6 des Antriebsrads 2 gehalten ist, ist eine Druckstückeinheit 9 vorgesehen. Die Druckstückeinheit 9 besitzt ein Gehäuse 10, eine in dem Gehäuse 10 verschiebbar gelagerte Hülse 11 sowie ein in der Hülse 11 verschiebbar geführtes Druckstück 12. Das Druckstück 12 ist entsprechend dem der Verzahnung 7 der Zahnstange 8 abgewandten Rücken 13 der Zahnstange 8 ausgebildet. Spiraldruckfedern 14, 15 drücken das Druckstück 12 gegen den Rücken 13 der Zahnstange 8, so dass die Verzahnung 7 der Zahnstange 8 in die Schneckenverzahnung 6 des Antriebsrads 2 gedrückt wird. Um die Reibung zwischen dem Rücken 13 und dem Druckstück 12 zu reduzieren, ist für die dargestellte, aus dem Stand der Technik bekannte Ausgestaltungsform eine Platte 16 vorgesehen, welche eine Druckfläche des Druckstücks 12 darstellt und aus einem Material gefertigt ist, welches zusammen mit dem Material der Zahnstange 8 einen geringen Reibungskoeffizienten aufweist. Die Druckstückeinheit 9 ist in einer Aufnahmebohrung 17 des Gehäuses 1 des Zahnstangenlenkgetriebes aufgenommen. Um die Druckstückeinheit 9 axial zu sichern, ist das Gehäuse 10 in der Aufnahmebohrung 17 verstemmt und stützt sich axial gegen durch das Verstemmen in der Aufnahmebohrung 17 gebildete Vorsprünge 18 ab.
Für das in 2 dargestellte erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel der Druckstückeinheit 9 ist das Gehäuse 10 mit einem Boden 19 und einer hohlzylinderförmigen Hülse 20 gebildet, so dass das Gehäuse in dem in 2 dargestellten Längsschnitt in erster Näherung als U-förmig zu bezeichnen ist. Allerdings weist der Boden 19, ausgehend von einer kreisringförmigen Grundfläche 21 eine Vertiefung oder Einprägung 22 auf, die mit einem radial innenliegend an die Grundfläche 21 anschließenden hohlzylinderförmigen Hülse 23 und einer kreisringförmigen Bodenfläche 24, die die Hülse 23 in dem der Grundfläche 21 abgewandten Endbereich verschließt, gebildet ist. Während die Hülsen 20, 23 konzentrisch zu einer Längsachse 25–25 der Druckstückeinheit 9 ausgebildet sind, erstrecken sich Bodenfläche 24 und Grundfläche 21 parallel zueinander und quer zu der Längsachse 25–25.
Zwischen den Hülsen 20, 23 erstreckt sich in Umfangsrichtung um die Hülse 23 mit mehreren Wicklungen eine Torsionsfeder 26, von der sich ein Federfußpunkt 27 torsionsfest an der Innenseite der Grundfläche 21 abstützt. Der andere Federfußpunkt 28 stützt sich für die dargestellte Betriebsstellung unter Vorspannung torsionsfest an einer Nachstellmutter 29 ab, die ein Innengewinde besitzt, mit dem die Nachstellmutter 29 auf ein korrespondierendes Außengewinde (in 2 vereinfacht dargestellt) der äußeren Mantelfläche der Hülse 23 von der der Grundfläche 21 abgewandten Seite aus aufgeschraubt ist. Von der offenen Seite des U-förmigen Gehäuses 10 ist in dieses fluchtend zur Längsachse 25–25 ein Druckstück 30 eingesetzt. Das Druckstück 30 besitzt eine zylindrische Mantelfläche 31, mit der das Druckstück, ggf. unter Ausbildung eines radialen Spalts, gegenüber der inneren Mantelfläche der Hülse 20 geführt ist für eine Bewegung in Richtung der Längsachse 25–25. Mit zunehmender Bewegung des Druckstücks 30 in Richtung der Grundfläche 21 und der Bodenflä che 24 wird sowohl ein Federelement 32 als auch ein Dämpfungselement 33 zunehmend beaufschlagt. Federelement 32 und Dämpfungselement 33 sind hierbei in mechanischer Parallelschaltung zueinander angeordnet. Mit der Torsionsfeder 26 und der Nachstellmutter 29 ist eine Ausgleichseinrichtung 55 gebildet.
Das Federelement 32 ist für das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel als spiralförmige Druckfeder ausgebildet, wobei sich ein Federfußpunkt 34 des Federelements 32 an einem Rücken 35 des Druckstücks 30 abstützt, während sich der andere Federfußpunkt 36 an der Bodenfläche 24 abstützt. Das Federelement 32 ist vorzugsweise konzentrisch zur Längsachse 25–25 angeordnet.
Auch das Dämpfungselement 34 ist konzentrisch zur Längsachse 25–25 angeordnet und umgibt mit einer inneren, durch eine Bohrung geschaffenen Mantelfläche 37 das Federelement 32. Eine dem Druckstück 30 zugewandte kreisringförmige Stirnfläche 38 des Dämpfungselements 33 besitzt eine ungefähr mittige, in Umfangsrichtung umlaufende Nut 39, die radial nach innen sowie radial nach außen jeweils durch einen umlaufenden Steg 40, 41 begrenzt ist. Die freien Stirnseiten der Stege 40, 41 bilden die Kontaktflächen des Dämpfungselements 33 mit dem Rücken 35 des Druckstücks 30. Mit der der Stirnfläche 38 gegenüberliegenden, ungefähr kreisringförmigen Stirnfläche 42 liegt das Dämpfungselement 33 an der dem Dämpfungselement 33 zugewandten Stirnfläche der Nachstellmutter 29 an. Weiterhin besitzt die Stirnfläche 42 einen radial innenliegenden Absatz, der dem Übergangsbereich von der Hülse 23 zu der Bodenfläche 24 angepasst ist, so dass die Stirnfläche 42 auch mit einem Vorsprung 43 an der Bodenfläche 24 anliegt. Es ist möglich, dass sich für eine Nachstellbewegung des Druckstücks 30, für das sich Druckstück 30 und Nachstellmutter 29 in Richtung der Längsachse 25–25 in 2 nach oben bewegen, der Vorsprung 43 von der Bodenfläche 24 entfernt.
Eine radial außenliegende Mantelfläche 44 des Dämpfungselements 33 besitzt mindestens eine radial nach außen orientierte Nase 45, die in der in 2 dargestellten Betriebsstellung in einer radialen Ausnehmung 46 der Hülse 20 angeordnet ist, insbesondere unter Ausbildung eines beidseitigen Spiels 47 in Richtung der Längsachse 25–25.
Aus der Explosionsdarstellung gemäß 3 ist ersichtlich, dass insgesamt acht Nasen 45 und Ausnehmungen 46 gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt für das Dämpfungselement 33 bzw. Gehäuse 10 vorgesehen sind.
Weiterhin ist in 3 zu erkennen, dass die Hülse 20 in dem dem Boden 19 abgewandten Endbereich radial nach innen orientierte Fortsätze 48 besitzt. Das Druckstück 30 besitzt entsprechend gestaltete und angeordnete Ausnehmungen oder Vertiefungen 49. Mit dem Einsetzen des Druckstücks (unter Zwischenschaltung von Dämpfungselement 33, Federelement 32, Nachstellmutter 29 und Torsionsfeder 26 in der vorgenannten Reihenfolge) in das Gehäuse 10 werden die Fortsätze 48 elastisch radial nach außen verformt und treten in einer Montagestellung in die Vertiefungen 49 ein. Die formschlüssige Verbindung zwischen Fortsätzen 48 und Vertiefungen 49 können für eine Montage einerseits eine Verdrehsicherung des Druckstücks 30 gegenüber dem Gehäuse 10 gewährleisten. Weiterhin können die Fortsätze Anschläge bilden, die vermeiden, dass während der Montage der Druckstückeinheit 9 in das Zahnstangenlenkgetriebe ohne eine Anpresskraft, die auf das Druckstück 30 wirkt, das Druckstück 30 infolge des Federelements 32 aus dem Gehäuse 10 herausgedrückt wird.
Weiterhin ist in 3 ein Verriegelungsstift 50 zu erkennen. Der Verriegelungsstift 50 wird zur Arretierung der Verstellmutter 29 in eine geeignete Bohrung des Gehäuses 10, die fluchtend zur Längsachse 25–25 angeordnet ist, eingesetzt. Der Verriegelungsstift 50 erstreckt sich in das Innere des Gehäuses 10 bis zu der Verstellmutter 29 und tritt mit der Verriegelungsmutter 29 formschlüssig in Umfangsrichtung in Wirkverbindung, beispielsweise indem der Verriegelungsstift 50 in eine Nut oder eine geeignete Bohrung der Nachstellmutter 29 eintritt.
Für eine Vormontage der Druckstückeinheit 9 wird zunächst die Torsionsfeder 26 in das Gehäuse 10 eingelegt, bis diese mit dem Fußpunkt 27 zur Anlage an die Grundfläche 21 kommt. Hieran anschließend wird die Nachstellmutter 29 auf die Hülse 23 aufgeschraubt, bis eine gewünschte Vorspannung der Torsionsfeder 26 erreicht ist. Nun wird über den Verriegelungsstift 50 die Nachstellmutter 29 verriegelt. Hieran anschließend werden nacheinander oder gemeinsam das Federelement 32 und das Dämpfungselement 33 in das Gehäuse 10 eingesetzt und die Nase 45 in der Ausnehmung 46 verriegelt. Als letztes wird, ebenfalls unter elastischer Beaufschlagung sowohl des Federelements 32 als auch des Dämpfungselements 33, das Druckstück 30 in das Gehäuse 10 eingesetzt.
Das Druckstück 30 kann ein Gleitlager mit der Zahnstange 8 ausbilden, vgl. auch die Ausführungsform gemäß 1. Alternativ kann zwischen Druckstück 30 und Zahnstange 8 zumindest ein, insbesondere zwei Wälzlager 51, 52, zwischengeschaltet sein, vgl. 4 und 5. Hierzu können die Wälzlager 51, 52 auf der der Zahnstange 8 zugewandten Seite Laufelemente besitzen, an denen sich in abgerundeten Außenbereichen die Zahnstange 8 abstützt.
Für das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel ist die Hülse 20 fest in der Aufnahmebohrung 17, beispielsweise über eine Presspassung oder eine Verbindung gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, angeordnet. Weiterhin kann der außenliegende Endbereich der Nasen 45 unter elastischer Vorspannung an der Aufnahmebohrung 17 anliegen. Der Boden 19 des Gehäuses 10 bildet auf der der Zahnstange 8 abgewandten Seite einen Abschluss der Aufnahmebohrung 17.
Für das in 5 dargestellte Ausführungsbeispiel ist ein derartiger Abschluss mit einem Gehäusedeckel 53 gebildet, der auf das Gehäuse 1 des Zahnstangenlenkgetriebes geschraubt ist. Zwischen dem Gehäusedeckel 53 und der Bodenfläche 24 des Gehäuses 10 ist ein zusätzliches Federelement 54 verspannt. Damit befindet sich das zusätzliche Federelement 54 in mechanischer Reihenschaltung zu dem Federelement 32 und dem zu dem Federelement 32 parallel geschalteten Dämpfungselement 33.
Abweichend zu den dargestellten Ausführungsformen können das Dämpfungselement 33 und das Federelement 32 als ein integrales Bauelement ausgebildet sein, beispielsweise als ein Verbundkörper eines Federmaterials und eines Dämpfungsmaterials oder durch Verwendung eines einzigen Materials, welches sowohl Federeigenschaften als auch Dämpfungseigenschaften besitzt.
Neben der dargestellten Nachstellmöglichkeit für den Abstützpunkt des Dämpfungselements 33 kann ebenfalls eine Nachstellung des Federfußpunkts 36 des Federelements 32 erfolgen, wobei hierzu ein gemeinsames Ausgleichselement für Federelement 32 und Dämpfungselement 33 eingesetzt werden kann oder jeweils einzelne Ausgleichselemente und -einrichtungen.
Das Gehäuse 10 ist vorzugsweise spanlos gefertigt in einem geeigneten Umformvorgang, wobei das Gewinde für ein Aufschrauben der Nachstellmutter 29 nachträglich aufgebracht werden kann. Für den Fall, dass das Druckstück 30 einer Gleitlagerung dient, kann dieses über ein Einlegeteil verfügen, insbesondere aus einem Permaglide^® – Material, aus einem gesinterten Material, aus Aluminium und/oder aus Kunststoff.

1: Gehäuse Zahnstangenlenkgetriebe
2: Antriebsrad
3: Wälzlager
4: Wellenabschnitt
5: Dichtelement
6: Schneckenverzahnung
7: Verzahnung
8: Zahnstange
9: Druckstückeinheit
10: Gehäuse Druckstückeinheit
11: Hülse
12: Druckstück
13: Rücken Zahnstange
14: Spiraldruckfeder
15: Spiraldruckfeder
16: Platte
17: Aufnahmebohrung
18: Vorsprung
19: Boden
20: Hülse
21: Grundfläche
22: Einprägung
23: Hülse
24: Bodenfläche
25: Längsachse
26: Torsionsfeder
27: Federfußpunkt
28: Federfußpunkt
29: Nachstellmutter
30: Druckstück
31: Mantelfläche
32: Federelement
33: Dämpfungselement
34: Federfußpunkt
35: Rücken Druckstück
36: Federfußpunkt
37: Mantelfläche
38: Stirnfläche
39: Nut
40: Steg
41: Steg
42: Stirnfläche
43: Vorsprung
44: Mantelfläche
45: Nase
46: Ausnehmung
47: Spiel
48: Fortsätze
49: Vertiefung
50: Verriegelungsstift
51: Wälzlager
52: Wälzlager
53: Gehäusedeckel
54: Federelement
55: Ausgleichseinrichtung

Claims

Druckstückeinheit zur Gewährleistung einer in eine Druckrichtung wirkenden Anpresskraft zwischen einer Zahnstange (8) und einem Antriebsrad (2) eines Zahnstangenlenkgetriebes für Kraftfahrzeuge, mit a) einem Gehäuse (10) und b) einem gegenüber dem Gehäuse (10) in die Druckrichtung verschieblichen Druckstück (30), c) wobei zwischen Gehäuse (10) und Druckstück (30) ein Federelement (32) zwischengeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass d) in mechanischer Parallelschaltung zu dem Federelement (32) ein in Druckrichtung wirkendes elastomeres Dämpfungselement (33) angeordnet ist und e) das elastomere Dämpfungselement (33) eine automatische Ausgleichseinrichtung (55) besitzt.
Druckstückeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Ausgleichseinrichtung (55) ein das Dämpfungselement (33) abstützendes Abstützelement in Druckrichtung verschieblich ist und in Druckrichtung von einem Federelement beaufschlagt ist.
Druckstückeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein das Dämpfungselement (33) abstützendes Abstützelement als in Druckrichtung mit dem Gehäuse (10) verschraubbare Nachstellmutter (29) ausgebildet ist und die Nachstellmutter (29) von einem Federelement (Torsionsfeder 29) beaufschlagt ist.
Druckstückeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) mit einem topfförmigen Gehäusekörper mit einem Boden (19) und einer Hülse (20) gebildet ist, wobei – Federelement (32) und/oder Dämpfungselement (33) in Druckrichtung am Boden (19) abgestützt sind und – Druckstück (30), Dämpfungselement (33) und/oder Federelement (32) seitlich in der Hülse (20) geführt sind.
Druckstückeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (33) mindestens eine radial nach außen zu der der Druckrichtung orientierte Nase (45) besitzt, die in eine Ausnehmung (46) der Hülse (20) eingreift.
Druckstückeinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (20) in dem dem Boden (19) abgewandten Endbereich mindestens einen Anschlag (Fortsatz 48) bildet, der die maximale Bewegung des Druckstücks (30) in Druckrichtung vorgibt.
Druckstückeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastomere Dämpfungselement neben einer dämpfenden Abstützung des Druckstücks (30) in Druckrichtung einer dämpfenden Abstützung quer zur Druckrichtung dient.
Druckstückeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Montagehilfe (Verriegelungsstift 50) vorgesehen ist, mittels welcher die Ausgleichseinrichtung (55) deaktivierbar ist.
Verfahren zur Montage einer Druckstückeinheit (9), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7 sowie Anspruch 8, in einem Zahnstangenlenkgetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstückeinheit (9) mit einer deaktivierten Ausgleichseinrichtung (55) in das Zahnstangenlenkgetriebe eingesetzt wird und hieran anschließend eine Montagehilfe (Verrie gelungsstift 50) entfernt wird, wodurch die Ausgleichseinrichtung (55) aktiviert wird.