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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Andrücken einer Zahnstange an ein Ritzel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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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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Die gattungsgemäße
US 2007/0 163 375 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Andrücken einer Zahnstange an ein Ritzel mit einem hohlen, einstückigen Druckstück, das zwei Federarme aufweist, die eine Vorspannkraft auf die Zahnstange ausüben können.
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Die
US 5 937 703 A zeigt ebenfalls eine Vorrichtung zum Andrücken einer Zahnstange an ein Ritzel, mit einem Druckstück, das hohl gestaltet ist und das auf gegenüberliegenden Seiten jeweils ein Federglied aufweist.
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In der
DE 102 22 183 A1 ist diskutiert, einen O-Ring zwischen einer Führung und einem zweiteiligen Druckstück einzusetzen.
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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 den Merkmalen des Anspruchs 1. 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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Die Federglieder weisen unterschiedliche Federkennlinien auf. 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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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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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:
- - 1 einen schematischen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
- - 2 eine Unteransicht des Druckstücks aus 1;
- - 3 einen schematischen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- - 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.
