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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Andrücken einer
Zahnstange an ein Ritzel.
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Zahnstangenlenkungen
für Fahrzeuge sind in verschiedenen Ausführungen
aus dem Stand der Technik bekannt. Aufgrund ihres Funktionsprinzips weisen
alle Zahnstangenlenkungen ein Lenkgetriebe mit einer Zahnstange
und einem Ritzel auf, wobei das Ritzel mit einem gezahnten Bereich
der Zahnstange kämmt. Eine über das Lenkrad auf
die Lenkwelle und das Ritzel aufgebrachte Rotationskraft wird dabei
in eine Zahnstangennormalkraft umgewandelt und an lenkbare Räder
eines Fahrzeugs weitergeleitet. Üblicherweise sind die
Zahnstangenlenkungen heutzutage als hydraulische Hilfskraftlenkungen
ausgebildet, die einen Fahrzeugführer beim Lenkvorgang
unterstützen.
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Da
im Lenkgetriebe mitunter beträchtliche Kräfte
auftreten, wurde bereits recht früh erkannt, dass besondere
Vorkehrungen zu treffen sind, um die Zahnstange in möglichst
spielfreiem Eingriff mit dem Ritzel zu halten. Es besteht ansonsten
die Gefahr, dass sich die Zahnstange unter Belastung vom Ritzel wegbewegt,
indem sie sich quer zur Zahnstangenlängsrichtung verbiegt.
Dabei würde es zumindest zu einer unerwünschten
Erhöhung des Spiels in der Lenkung, im Extremfall sogar
zu einem Durchrutschen der Lenkung kommen.
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Um
dies zu verhindern, wird im Bereich des Ritzels ein Druckstück
eingesetzt, welches eine Verformung der Zahnstange verringern oder
unterbinden soll. In der
DE 10 2004 006 935 A1 ist ein zylinderförmiges
Druckstück offenbart, das in einem Lenkungsgehäuse
gelagert ist und eine Zahnstange an ein Ritzel andrückt.
Das Druckstück wird durch seine Mantelfläche in
dem Gehäuse geführt und weist im Inneren des Zylinders
einen federnd ausgebildeten Zapfen auf. Das Druckstück
kann ein zusätzliches separates Federelement aufweisen,
welches parallel zu dem federnden Zapfen geschaltet ist oder eine
federnd ausgebildete Anschlagfläche für das Druckstück
aufweisen, welche mit dem federnd ausgebildeten Zapfen in Reihe
geschaltet ist, um die Federkennlinie des Druckstücks zu
verändern.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Andrücken einer
Zahnstange an ein Ritzel mit einem Druckstück mit geringem
Gewicht und einer einfachen und kostengünstigen Bauweise
zu schaffen, wobei eine hohe Flexibilität in der Ausgestaltung
der Federkennlinie des Druckstücks möglich ist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung
zum Andrücken einer Zahnstange an ein Ritzel mit einem
Gehäuse und einem hohlzylindrischen Druckstück
gelöst, wobei das Druckstück einstückig
federnd ausgebildet ist und mehrere parallel geschaltete Federglieder
aufweist. Die hohlzylindrische Bauweise des Druckstücks
ermöglicht ein geringes Gewicht des Druckstücks,
und die einstückige Bauweise erlaubt eine einfache Montage.
Durch die parallel geschalteten Federglieder wird eine hohe Flexibilität
bei der Ausgestaltung der Federkennlinie möglich.
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Vorzugsweise
ist ein Auflager für die Zahnstange vorgesehen, das mit
dem Druckstück einstückig ausgeführt
ist oder an ihm befestigt ist. Auf diese Weise kann die Auflagefläche
der Zahnstange auf dem Druckstück vergrößert
werden und die Kraftübertragung zwischen Zahnstange und
Druckstück verbessert werden.
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Das
Auflager kann ein Gleitelement aufweisen, auf dem die Zahnstange
aufliegt, damit die Reibung zwischen Druckstück und Zahnstange
verringert wird und das Lenkungsverhalten verbessert wird.
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Gemäß der
bevorzugten Ausführungsform bildet das Gehäuse
eine Führung für das Druckstück, damit
das Druckstück entlang des Federwegs in der richtigen Position
gehalten wird.
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Zwischen
Führung und Druckstück kann mindestens ein O-Ring
vorgesehen sein, um die Vorrichtung vor Klappern zu schützen.
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Ein
Anschlag für das Druckstück, der eine erste Anschlagfläche
aufweist, kann beispielsweise am Gehäuse vorgesehen sein.
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Vorzugsweise
ist ein Deckel des Gehäuses als Anschlag vorgesehen. Auf
diese Weise kann das Druckstück leicht über den
Deckel des Gehäuses ausgetauscht und individuell vorgespannt
werden.
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Gemäß der
bevorzugten Ausführungsform ist jedem Federglied eine zweite
Anlagefläche zugeordnet. Somit sind die Federglieder nicht über
eine gemeinsame Anlagefläche miteinander gekoppelt.
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Ein
Federglied und die zugeordnete zweite Anlagefläche des
Druckstücks können unabhängig von den
anderen Federgliedern und deren zweiten Anlageflächen sein.
Die Federglieder sind nicht miteinander gekoppelt, weder über
die Federglieder an sich, noch über eine gemeinsame Anlagefläche,
wodurch die Ausgestaltung der Federglieder individuell und unabhängig
voneinander variiert werden kann.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform können die zweiten Anlageflächen
in unterschiedlicher Distanz zur ersten Anlagefläche angeordnet sein,
sodass die zweiten Anlageflächen des Druckstücks
nicht gleichzeitig in Kontakt mit der ersten Anlagefläche
des Anschlags kommen. Dies ermöglicht auf einfache Weise
eine Variation der Federkennlinie.
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Vorzugsweise
weist das Druckstück eine progressive Federkennlinie auf.
Auf diese Weise wird die Zahnstange in der normalen Position in
Kontakt zum Ritzel mit nur geringer Kraft beaufschlagt, wodurch
ein gutes Lenkungsverhalten gewährleistet wird. Entfernt
sich die Zahnstange vom Ritzel und drückt gegen das Druckstück,
so steigt die Kraft, mit der das Druckstück die Zahnstange
in Richtung Ritzel beaufschlagt, überproportional stark
an.
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Es
ist möglich, dass die Federglieder unterschiedliche Federkennlinien
aufweisen. Durch die Parallelschaltung der verschiedenen Federglieder können
die unterschiedlichen Federkennlinien optimal kombiniert werden,
um die gewünschte Federkennlinie des gesamten Druckstücks
zu erreichen.
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Gemäß der
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Druckstück
Fortsätze auf, die den Federweg des Druckstücks
begrenzen, wodurch die Federglieder vor Überlastung geschützt
werden können.
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In
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können
die mehreren Federglieder untereinander redundant sein, sodass bei
Ausfall eines Federglieds das Druckstück funktionsfähig
bleibt. Auf diese Weise ist ein Austausch des Druckstücks
bei Bruch eines Federglieds nicht sofort notwendig.
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Vorzugsweise
ist das Druckstück aus einem im Wesentlichen zylindrischen
Blechformteil gefertigt, wodurch die Herstellung des Druckstücks
besonders kostengünstig wird.
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Ein
Federglied des Druckstücks kann beispielsweise als nach
innen gebogenes Teil des Blechformteils ausgeführt sein.
Auf diese Weise können die Federglieder durch einfaches
Umformen des Blechformteils realisiert werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann ein Federglied
des Druckstücks als durch Ausnehmungen gebildete Stege
im Blechformteil ausgeführt sein. Dies ermöglicht
die Herstellung des Druckstücks durch Ausstanzen des Blechformteils.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen
beschrieben. In diesen zeigen:
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1 einen
schematischen Schnitt durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 eine
Unteransicht des Druckstücks aus 1;
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3 einen
schematischen Schnitt durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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4 eine
Unteransicht des Druckstücks aus 3.
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1 zeigt
ein Gehäuse 10, in dem eine Zahnstange 12 und
ein Ritzel 14 einer Fahrzeuglenkung angeordnet sind, sowie
ein hohlzylindrisches Druckstück 16 zum Andrücken
der Zahnstange 12 an das Ritzel 14. Die Zahnstange 12 erstreckt
sich entlang einer zur Zeichnungsebene senkrechten Richtung.
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An
der der Zahnstange 12 zugewandten Seite des Druckstücks 16 befindet
sich ein mit dem Druckstück 16 einstückig
verbundenes Auflager 32. Das Auflager 32 vergrößert
die Auflagefläche zwischen Druckstück 16 und
Zahnstange 12 und verbessert die Kraftübertragung.
Zwischen Auflager 32 und Zahnstange 12 ist ein
Gleitelement 34 vorgesehen. Auf diese Weise ist die Reibung
zwischen Druckstück 16 und Zahnstange 12 gering
und das Lenkverhalten gut.
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Das
Druckstück 16 befindet sich in einer zylinderförmigen,
dem Durchmesser des Druckstücks 16 angepassten
Führung 18. Zwischen dem Gehäuse 10 und
dem Druckstück 16 ist in der Führung 18 ein
O-Ring 36 vorgesehen. Dieser kann sich in einer Nut im
Gehäuse 10 befinden, wie auf der rechten Seite
von 1 gezeigt, oder in einer, auf der linken Seite
von 1 durch gestrichene Linien angedeuteten, Umformung 38 in
der Wand des Druckstücks 16.
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Das
Druckstück 16 ist ein hohlzylindrisches Blechformteil
und weist mehrere parallel geschaltete Federglieder 20 auf,
die als nach innen gebogene Teile des Druckstücks 16 ausgebildet
sind. Des Weiteren weist das Druckstück 16 mehrere
Fortsätze 22 auf, die den Federweg des Druckstücks 16 begrenzen
und eine Überlastung der Federglieder 20 verhindern.
Das Druckstück 16 kann auch auf andere Weise ausgeführt
sein und sich insbesondere in der Anzahl und Anordnung der Federelemente 20 und
Fortsätze 22 unterscheiden.
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Die
Führung 18 des Druckstücks 16 wird
auf der von der Zahnstange 12 abgewandten Seite durch einen
Anschlag 24 begrenzt. Am Anschlag 24 ist eine erste
Anlagefläche 28 ausgebildet, an der die Federglieder 20 mit
einer zweiten Anlagefläche 30 anliegen. Der Anschlag
wird durch einen Deckel 26 gebildet, der einerseits das
Einsetzen und Austauschen des Druckstücks 16 ermöglicht
und andererseits das Druckstück 16 gegen die Zahnstange 12 vorspannt.
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2 zeigt
eine Ansicht des Druckstücks 16 mit dem einstückig
ausgeführten Auflager 32 aus einer Sicht von unten.
In dieser Ausführungsform sind vier Federglieder 20 am
Druckstück 16 durch nach innen gebogene Teile
des Druckstücks 16 ausgebildet. An der Zylinderwand
des Druckstücks 16 sind vier Fortsätze 22 ausgebildet.
Es können natürlich auch mehrere oder weniger
Federglieder 20 am Druckstück 16 ausgebildet
sein. Auch die Anzahl und Anordnung der Fortsätze 22 kann
variiert werden.
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Das
Druckstück 16 kann durch Abnehmen des Deckels 26 in
die Führung 18 eingeführt werden oder,
falls benötigt, ausgetauscht werden. Nach dem Einführen
des Druckstücks 16 wird die Führung 18 mit
dem Deckel 26 verschlossen, sodass die erste Auflagefläche 28 des
Deckels 26 mit den zweiten Anlageflächen 30 der
Federglieder 20 in Berührung kommen. Die Federglieder 20 können über
den Deckel 26 auch beliebig vorgespannt werden, sodass das
Druckstück 16 gegen die Zahnstange 12 beaufschlagt
wird. Die zweiten Anlageflächen 30 können auch
in unterschiedlicher Distanz zur ersten Anlagefläche 28 angeordnet
sein, sodass die zweiten Anlageflächen 30 des
Druckstücks 16 nicht gleichzeitig in Kontakt mit
der ersten Anlagefläche 28 des Anschlags 24 kommen.
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Befindet
sich die Zahnstange 12 im Normalzustand in gutem Eingriff
mit dem Ritzel 14, so übt das Druckstück 16 wenig
oder keinen Druck auf die Zahnstange 12 aus, damit die
Reibung zwischen Zahnstange 12 und dem mit dem Druckstück 16 verbundenen
Gleitelement 34 möglichst gering ist. Wenn sich
die Zahnstange 12 vom Ritzel 14 wegbewegt, übt
sie Druck auf das Gleitelement 34 und damit auf das Auflager 32 und
Druckstück 16 aus. Das Druckstück 16 bewegt
sich in der Führung 18 in Richtung Anschlag 24,
wobei sich die Federglieder 20 verbiegen und eine Gegenkraft
ausüben, welche die Zahnstange 12 in Richtung
Ritzel 14 beaufschlagt. Um eine Überbelastung
der Federglieder 20 zu verhindern, sind am Druckstück 16 Fortsätze 22 vorgesehen,
die den Federweg des Druckstücks 16 begrenzen,
indem sie am Ende des Federweges am Anschlag 24 anliegen.
Das Druckstück 16 weist eine progressive Federkennlinie
auf, die bei zunehmendem Federweg eine überproportional
große Kraft in die Gegenrichtung ausübt. Diese
Federkennlinie kann durch die Ausführung eines einzelnen
Federgliedes 20 gegeben sein oder durch die Kombination der
verschiedenen Federglieder 20.
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3 zeigt
eine Vorrichtung zum Andrücken einer Zahnstange 12 an
ein Ritzel 14, die bis auf das Druckstück 16 analog
zur 1 aufgebaut ist. Die in 3 gezeigte
zweite Ausführungsform des Druckstücks 16 ist
auf der linken Seite des Bildes in einer Schnittansicht gezeigt
und auf der rechten Seite des Bildes in einer Draufsicht. In dieser
Ausführungsform sind die Federglieder 20 als Stege
ausgeführt, die durch Ausnehmungen 40 gebildet
werden, welche in das Blechformteil des Druckstücks 16 gestanzt
wurden, das Druckstück 16 kann aber auch auf andere Weise
hergestellt werden. Zwischen den Federgliedern 20 sind
wiederum Fortsätze 22 angebracht, die den Federweg
des Druckstücks 16 begrenzen. Es ist auch möglich,
die Fortsätze 22 innerhalb der Ausnehmungen 40 anzubringen.
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4 zeigt
eine Ansicht des Druckstücks 16 gemäß der
zweiten Ausführungsform aus Blickrichtung von unten. Die
zweite Anlagefläche 30 der Federglieder 20 liegt
am unteren Ende des Hohlzylinders als Abschluss der Zylinderwand.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004006935
A1 [0004]