DE102008040641A1

DE102008040641A1 - Zahnstange

Info

Publication number: DE102008040641A1
Application number: DE200810040641
Authority: DE
Inventors: Sven-Uwe Begerow
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2008-07-23
Filing date: 2008-07-23
Publication date: 2010-01-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zahnstange, insbesondere für eine Fahrzeuglenkung, mit einem einer Verzahnung gegenüberliegenden Zahnstangenrücken (33). Bisher weisen Zahnstangen einen durchgehend möglichst glatten Zahnstangenrücken auf, auf dem jedoch Schmierstoffe durch ein Druckstück verdrängt oder abgestreift werden. Deshalb weist der Zahnstangenrücken (33) erfindungsgemäß Speicherdepots (30) zur Aufnahme von Schmiermittel auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnstange, insbesondere für eine Fahrzeuglenkung, mit einem einer Verzahnung gegenüberliegenden Zahnstangenrücken.
In den aus dem Stand der Technik bekannten Lenkungen werden Zahnstangen, deren Zahnstangenrücken eine durchgehend möglichst glatte Oberfläche aufweist, verwendet. Mit der glatten Oberfläche des Zahnstangenrückens sollen die Reibung zwischen dem Zahnstangenrücken und einem darauf hin- und herfahrenden Druckstück und der damit verbundene Verschleiß des Druckstücks und der Zahnstange reduziert werden.
Nachteilig an den glatten Oberflächen ist jedoch, dass Schmierstoffe, wie beispielsweise Fette und Öle, zwischen dem Zahnstangenrücken und dem Druckstück verdrängt oder abgestreift werden, so dass die Schmierstoffe nicht ihre gewünschte Wirkung entfalten können. Dies trifft insbesondere für verhältnismäßig flüssige, die Oberfläche besonders gut benetzende Schmierstoffe zu. Nach einer bestimmten Betriebsdauer sind die Schmierstoffe von der Oberfläche entfernt, so dass die Reibung und der Verschleiß zunehmen.
Zur Lösung dieses Problems werden zwischen den aufeinander reibenden Oberflächen Kunststofffolien vorgesehen. Die Kunststofffolien können jedoch den bei der Reibung entstehenden Temperaturen nicht standhalten.
Die Erfindung hat deshalb die Aufgabe eine gattungsgemäße Zahnstange dahingehend zu verbessern, dass die Reibung und der Verschleiß zuverlässig reduziert werden.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einer Zahnstange der eingangs genannten Art, bei der erfindungsgemäß der Zahnstangenrücken Speicherdepots zur Aufnahme von Schmiermittel aufweist. Das in den Speicherdepots gespeicherte Schmiermittel kann während des Betriebs nicht durch die an der Oberfläche stattfindende Hin- und Herbewegung zwischen dem Zahnstangenrücken und dem Druckstück verdrängt oder abgestreift werden, so dass es seinen Zweck, die Reibung und den Verschleiß zu reduzieren, zuverlässig erfüllt.
Die Speicherdepots können als im Zahnstangenrücken eingebrachte Vertiefungen ausgebildet sein. Dies ist eine konstruktiv absolut einfache und somit äußerst preiswerte Lösung, die außerdem auch sehr wirkungsvoll ist. Durch Adhäsionskräfte wird das Schmiermittel an den Wandungen der Vertiefungen zum Zahnstangenrücken hin gezogen, so dass es dort zur Verfügung steht und seinen Zweck erfüllen kann. Gleiches gilt bei Schmiermitteln mit sehr starken Kohäsionskräften, die aufgrund ihrer Oberflächenspannung über die Vertiefungen herausstehen. Ferner kann das Schmiermittel beim Überfahren des Zahnstangenrückens durch das Druckstück in den Vertiefungen verwirbelt werden, sodass es an die Oberfläche des Zahnstangenrückens gelangt.
Die Vertiefungen können beispielsweise durch Schleifen, Bohren, Wälzen, Prägen, Erodieren, Kugel-, Sand- und Wasserstrahlen hergestellt werden.
Außer den Speicherdepots kann der Zahnstangenrücken auch Bereiche mit einer glatten Oberfläche aufweisen. Die Bereiche mit der glatten Oberfläche dienen als Stützflächen. Auf ihnen ist die Flächenpressung am geringsten.
Folglich ist es sinnvoll, wenn der Zahnstangenrücken in Bereichen, in denen er einer erhöhten Flächenpressung ausgesetzt ist, größere Bereiche mit einer glatten Oberfläche aufweist, und mehr Speicherdepots in den Bereichen aufweist, in denen er einer geringeren Flächenpressung ausgesetzt ist.
Wenn die Speicherdepots auf dem Zahnstangenrücken stochastisch verteilt sind, entsteht ein äußerst geringes Verschiebegeräusch.
Sinnvollerweise können die Speicherdepots ausschließlich in dem Bereich vorgesehen sein, in dem das Druckstück die Zahnstange überfährt, so dass in diesem am stärksten beanspruchten Bereich aufgrund der Schmierung die Reibung und Verschleiß minimal sind. Grundsätzlich können jedoch die Vertiefungen auf der gesamten Länge des Zahnstangenrückens vorgesehen werden.
Die Speicherdepots können vor oder nach dem Härten des Zahnstangenrückens eingebracht werden. Wenn die Speicherdepots als Vertiefungen ausgeführt sind und vor dem Härten eingebracht werden, ist der Werkzeugverschleiß am geringsten. Wenn die als Vertiefungen ausgeführten Speicherdepots nach dem Härten eingebracht werden, entstehen in den Randbereichen um die Vertiefungen herum keine durch die Materialverdrängung erzeugten Erhöhungen, so dass der Zahnstangenrücken nicht nachbearbeitet werden muss.
Die Vertiefungen können beispielsweise halbkugelförmig, quaderförmig oder zylindrisch ausgestaltet sein.
In der Praxis bewähren sich auch Speicherdepots besonders gut, die eine einem Polyedermantel entsprechende Oberfläche aufweisen, da sie den Schmierstoff besonders gut halten können. So können die Speicherdepots eine einem Pyramidenmantel entsprechende Oberfläche besitzen, wobei die Pyramidengrundfläche, die der Öffnung der als Vertiefung ausgebildeten Speicherdepots entspricht, symmetrisch oder asymmetrisch sein kann.
Ebenso können Speicherdepots den Schmierstoff gut halten, wenn sie eine umlaufende stufenförmige Wandung aufweisen, mit zwei einander gegenüberliegenden gekrümmten Bereichen, von denen einer eine größere Krümmung und der andere eine geringere Krümmung aufweist, wobei der Grund der Speicherdepots einen geradlinig verlaufenden tiefsten Bereich aufweist. Bei dieser Ausführungsform der Speicherdepots ist es sogar möglich, dass auf einen Schmierstoff verzichtet werden kann, wenn das Druckstück aus einem Material mit selbst schmierenden Eigenschaften, beispielsweise Teflon, gefertigt ist.
Speicherdepots, die einen punktsymmetrischen Grund aufweisen, der sechs punktsymmetrisch angeordnete Dreiecke aufweist, wobei die punktsymmetrisch einander gegenüberliegenden Dreiecke kongruent sind und sich an jedes Dreieck eine zum Zahnstangenrücken senkrecht verlaufende Wandung anschließt, sind ebenfalls gut geeignet, um den Schmierstoff zuverlässig zu halten.
Die Zahnstange kann aus zwei unterschiedlichen Materialien gefertigt sein, wobei der Zahnstangenrücken aus einem anderen Material als die Verzahnung gefertigt ist. Dies ist besonders dann sinnvoll, wenn der Zahnstangenrücken mit einem Strahlverfahren bearbeitet wird und die Verzahnung durch das Strahlverfahren nicht beschädigt werden soll. Der Zahnstangenrücken und die Verzahnung können beispielsweise durch Nieten, Löten, Schweißen oder Kleben miteinander verbunden werden.
Ferner betrifft die Erfindung eine Lenkung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, die erfindungsgemäß die Zahnstange nach einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist.
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen:
1 eine Schnittansicht durch eine Lenkung;
2 eine Seitenansicht auf eine Zahnstange;
3 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines Speicherdepots;
4 eine seitliche Schnittansicht auf das Speicherdepot aus 3;
5 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform des Speicherdepots;
6 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform Speicherdepots.
1 zeigt eine Lenkung 10 mit einem Druckstück 11, mit dem eine Zahnstange 12 gegen ein Ritzel 13 gedrückt wird.
2 zeigt eine Zahnstange 20 mit einem Zahnstangenrücken 21 und einer Verzahnung 22. Der Zahnstangenrücken 21 und die Verzahnung 22 sind aus unterschiedlichen Materialien, die miteinander verbunden sind, gefertigt. Der Zahnstangenrücken 21 ist mit hier nicht näher erkennbaren Speicherdepots versehen.
Die 3 und 4 zeigen auf einem Zahnstangenrücken 33 ein als Vertiefung ausgebildetes Speicherdepot 30, das eine einem Pyramidenmantel entsprechende Oberfläche aufweist. Die Wandung des Öffnungsrands 31 weist eine geringere Schräge auf als der Pyramidenmantel. Somit können Partikel des in dem Speicherdepot 30 gespeicherten Schmiermittels im Bereich des Öffnungsrands 31 beim Überfahren des Druckstücks zuverlässig auf einen glatten Bereich 32 transportiert werden, um dort für eine reibungs- und verschleißreduzierende Schmierung zu sorgen.
5 zeigt ein Speicherdepot 50, dass einen punktsymmetrischen Grund aufweist, der aus sechs punktsymmetrisch angeordneten Dreiecken 51, 52, 53, 54, 55 und 56 zusammengesetzt ist. Die punktsymmetrisch einander gegenüberliegenden Dreiecke 51 und 54, 52 und 55 sowie 53 und 56 sind kongruent. An jedes der den Grund bildenden Dreiecke 51, 52, 53, 54, 55 und 56 schließt sich eine zu einem Zahnstangenrücken 57 senkrecht verlaufende um die Öffnung des Speicherdepots 50 umlaufende Wandung 58 an. Das Speicherdepot 50 ist von einem glatten Bereich 59 umgeben.
6 zeigt auf einem Zahnstangenrücken 66 angeordnete Speicherdepots 60 mit umlaufenden stufenförmig ausgebildeten Wandungen 61, die gekrümmte Bereiche 62 und 63 aufweisen. Die Bereiche 62 weisen eine geringere Krümmung auf als die Bereiche 63. Gründe 64 sind mit geradlinig verlaufenden tiefsten Bereichen 65 versehen. Die am tiefsten liegenden Bereiche 65 sind besonders gut geeignet, um den Schmierstoff in den Speicherdepots 60 zu halten. Zwischen den Speicherdepots 60 befinden sich glatte Bereiche 67.

10: Lenkung
11: Druckstück
12: Zahnstange
13: Ritzel
20: Zahnstange
21: Zahnstangenrücken
22: Verzahnung
30: Speicherdepot
31: Öffnungsbereich
32: glatter Bereich
33: Zahnstangenrücken
50: Speicherdepot
51: Dreieck
52: Dreieck
53: Dreieck
54: Dreieck
55: Dreieck
56: Dreieck
57: Zahnstangenrücken
58: Wandung
59: glatter Bereich
60: Speicherdepot
61: Wandung
62: Bereich
63: Bereich
64: Grund
65: tiefster Bereich
66: Zahnstangenrücken
67: glatter Bereich

Claims

Zahnstange (12, 20), insbesondere für eine Fahrzeuglenkung, mit einem einer Verzahnung (23) gegenüberliegenden Zahnstangenrücken (21, 33, 57, 66), dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnstangenrücken (21, 33, 57, 66) Speicherdepots (30, 50, 60) zur Aufnahme von Schmiermittel aufweist.
Zahnstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherdepots (30, 50, 60) als im Zahnstangenrücken (33, 57, 66) eingebrachte Vertiefungen ausgebildet sind.
Zahnstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnstangenrücken (33, 57, 66) außer den Speicherdepots (30, 50, 60) auch Bereiche (32, 59, 67) mit einer glatten Oberfläche aufweist.
Zahnstange nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnstangenrücken (57, 66) in Bereichen, in denen er einer erhöhten Flächenpressung ausgesetzt ist, größere Bereiche (59, 67) mit einer glatten Oberfläche aufweist, und mehr Speicherdepots (50, 60) in den Bereichen aufweist, in denen er einer geringeren Flächenpressung ausgesetzt ist.
Zahnstange (12, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherdepots auf dem Zahnstangenrücken stochastisch verteilt sind.
Zahnstange (12, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherdepots ausschließlich in dem Bereich vorgesehen sind, in dem ein Druckstück die Zahnstange überfährt.
Zahnstange nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherdepots (30, 50, 60) vor oder nach dem Härten des Zahnstangenrückens (33, 57, 66) einbringbar sind.
Zahnstange nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherdepots eine einem Polyedermantel entsprechende Oberfläche aufweisen.
Zahnstange nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherdepots (30) eine einem Pyramidenmantel entsprechende Oberfläche aufweisen.
Zahnstange nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherdepots (60) eine umlaufende stufenförmige Wandung (61) aufweisen, mit zwei einander gegenüberliegenden gekrümmten Bereichen (62, 63), von denen einer eine größere Krümmung und der andere eine geringere Krümmung aufweist, wobei der Grund (64) der Speicherdepots (60) einen geradlinig verlaufenden tiefsten Bereich (65) aufweist.
Zahnstange nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherdepots (50) einen punktsymmetrischen Grund aufweisen, der sechs punktsymmetrisch angeordnete Dreiecke (51, 52, 53, 54, 55, 56) aufweist, wobei die punktsymmetrisch einander gegenüberliegenden Dreiecke (51, 52, 53, 54, 55, 56) kongruent sind und sich an jedes Dreieck (51, 52, 53, 54, 55, 56) eine zum Zahnstangenrücken (57) senkrecht verlaufende Wandung (58) anschließt.
Zahnstange (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnstangenrücken (21) aus einem anderen Material als ihre Verzahnung (22) gefertigt ist.
Lenkung (10), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Zahnstange (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist.