DE102009002513A1

DE102009002513A1 - Zahnstangenlenkung

Info

Publication number: DE102009002513A1
Application number: DE200910002513
Authority: DE
Inventors: Alfred Brenner
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2010-10-28
Also published as: WO2010121929A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkung (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Lenkgetriebegehäuse (2) und einem Ritzel (3), das in dem Lenkgetriebegehäuse (2) gelagert ist, und mit einer Zahnstange (4), die mit ihrer Verzahnung (5) mit dem Ritzel (3) einen Getriebezug bildet und in dem Lenkgetriebegehäuse (2) axial verschieblich gehalten ist. Um eine Zahnstangenlenkung zu schaffen, die keine störenden Betriebsgeräusche verursacht, ist vorgesehen, dass die Flankenlinie (6) der Zähne (7) der Zahnstange (4) und des Ritzels (3) beidseitig in gleicher Richtung gebogen ist und/oder das Bezugsprofil (8) der Zähne (7) der Zahnstange (4) oder des Ritzels (3) ballig gebildet ist und/oder die Zahnhöhe (9) über die Zahnbreite (10) variabel ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zahnstangenlenkungen sind hinlänglich und beispielsweise aus „Fahrwerktechnik: Lenkung", J. Reimgell, Vogel-Buchverlag, 1984, S. 70–90 bekannt.
Die Zahnstangenlenkung ist im Wesentlichen aus einem zylinderförmigen Lenkgetriebegehäuse gebildet, in dem eine Zahnstange axialverschieblich angeordnet ist. Ein als Ritzel ausgebildetes Ende einer Lenksäule ist mittig oder seitlich, etwa quer zur Längsachse des Lenkgetriebegehäuses in einer Bohrung in das Lenkgetriebegehäuse eingesetzt und über eine Ritzellagerung gelagert. Das Ritzel kämmt mit einer Verzahnung der Zahnstange. Die Zahnstange oder das Ritzel werden mit einem in einer Axialführung des Lenkgetriebegehäuses eingesetzten Druckstücks in Anlage aneinander gehalten. An den axialen Enden der Zahnstange sind Spurstangen und Radlenkhebel gelenkig mit der Zahnstange verbunden und werden bei einer Drehung des Ritzels mit der Zahnstange verschoben.
Um das Betriebsgeräusch der Zahnstangenlenkung zu reduzieren, ist bekannt, eine Pfeilverzahnung zu wählen, die allerdings aufwändig herzustellen ist. Solch eine Verzahnung hat zudem den Vorteil, dass keine Axialkräfte im Betrieb entstehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnstangenlenkung der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, dass störende Betriebsgeräusche der Zahnstangenlenkung mit einfachen Mitteln vermieden sind.
Die Aufgabe wird mit einer Zahnstangenlenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch dass die Flankenlinie der Zähne der Zahnstange und des Ritzels beidseitig in gleicher Richtung gebogen ist, die Zähne in der Draufsicht also sichelförmig gebildet sind und/oder das Bezugsprofil der Zähne der Zahnstange oder des Ritzels ballig gebildet ist und/oder die Zahnhöhe der Zähne der Zahnstange und des Ritzels über die Zahnbreite variabel ist, sind konstruktive Maßnahmen vorgeschlagen, die eine äußerst genaue, spielfreie Paarung der beiden Verzahnungen von Ritzel und Zahnstange ergeben und damit eine hohe Laufruhe ermöglichen. Es wird eine hohe Überdeckung geschaffen und eine Verzahnungspaarung frei von axialen Kräften, was die Laufruhe des Lenkgetriebes weiter verbessert.
Eine einseitige Belastung der Getriebezähne tritt nicht auf, vielmehr wird durch die gewählte Zahngeometrie, die im Übrigen auch einfacher als eine genaue Pfeilverzahnung zu fertigen ist, eine Paß- und Wiegewirkung unterstützt.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Verlauf der Gesamtzahnhöhe oder auch der Zahnkopfhöhe ist in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Zahnstangenlenkung so gewählt, dass diese von den Zahnenden zur Zahnmitte zunimmt.
Die auf einer Zahnflanke konvexe Flankenlinie und auf der gegenüberliegende Zahnflanke desselben Zahns konkave Flankenlinie ist bevorzugt schwach gekrümmt, kann aber einen Krümmungsradius der mehr als 10% von der Abweichung von der Geraden in der Zahnmitte gewählt ist, aufweisen. Die höchste Zahnhöhe in der Mitte eines jeden Zahnes ist bevorzugt höchstens 10% höher als die Zahnhöhe an den beiden Zahnenden. Es kann aber auch zweckmäßig sein, eine größere Überhöhung der Zahnhöhe zu wählen.
Es ist zweckmäßig, eine Zahnkopfrundung und eine Zahnfuß-Auskehlung vorzusehen um Zahneingriffsstörungen zu vermeiden und um einen Zahnbruch zu verhindern.
Die Zahnstangenlenkung lässt sich als elektrische, elektrohydraulische oder hydraulische Hilfskraftlenkung auslegen und in Personenkraftwagen oder Nutzkraftwagen einsetzen.
Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben. In der Zeichnung zeigt:
1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Zahnstangenlenkung,
2 eine perspektivische Ansicht eines Zahns der Verzahnung der Zahnstange der Zahnstangenlenkung in 1.
In 1 ist in einem teilweisen schematischen Längsschnitt eine Zahnstangenlenkung 1 für einen Personenkraftwagen gezeigt. Wesentliche Teile der Zahnstangenlenkung 1 sind ein Lenkgetriebegehäuse 2, das ein Ritzel 3 etwa quer zu seiner Längsachse 13 aufnimmt. Das Ritzel 3 ist mit einer Verzahnung 5 einer axialverschieblich in dem Lenkgetriebegehäuse 2 gelagerten Zahnstange 4 im Eingriff. Das Ritzel 3 ist unverschieblich in ein oder mehreren Lagern in dem Lenkgetriebegehäuse 2 gehalten.
Ein Druckstück 14 einer Anpressvorrichtung 15 ist entlang einer quer zu der Längsachse 13 des Lenkgetriebegehäuses 2 angeordneten zylinderförmigen Bohrung 16 in dem Lenkgetriebegehäuse 2 axial verschieblich geführt. Das Druckstück 14 presst unter Beaufschlagung einer Druckfeder 17 mit einer im Querschnitt halbkreisförmigen Gleitfläche 18 oder einer im Querschnitt dach- oder prismenförmigen Gleitfläche auf die Zahnstange 4 und hält deren Verzahnung 5 in Eingriff mit der Verzahnung des Ritzels 3. Die Druckfeder 17 stützt sich zwischen einem Druckstückboden 19 und einem, die Bohrung 16 nach außen abschließenden Deckel 20 ab. In 2 ist ein Zahn 7 der Verzahnung 5 der Zahnstange 4 dargestellt, der eine aus der Normalen gebogene Flankenlinie 6 aufweist. Die Flankenlinien 6 des Zahns 7 sind parallel zueinander sichelförmig gebogen. Zudem ist das Bezugsprofil 8 des Zahns 7 ballig ausgeführt und die Zahnhöhe 9 des Zahns 7 mit von seinen Enden 11 von einer Zahnhöhe 12 zu einer mittigen Zahnhöhe 9 zu erhöht. Die Zahnbreite 10 ist über jede Flankenlinie des Zahns 7 gleichbleibend.
Die Verzahnung 5 der Zahnstange 4 ist komplementär zu der Verzahnung des Ritzels 3 und bewirkt einen präzisen, spielfreien, geräuscharmen Eingriff der Zähne auch unter wechselnden Lasten, wie sie in einem Lenkgetriebe häufig vorkommen.

1: Zahnstangenlenkung
2: Lenkgetriebegehäuse
3: Ritzel
4: Zahnstange
5: Verzahnung
6: Flankenlinie
7: Zahn
8: Bezugsprofil
9: Zahnhöhe
10: Zahnbreite
11: Zahnende
12: Zahnhöhe, an 11
13: Längsachse
14: Druckstück
15: Anpreßvorrichtung
16: Bohrung
17: Druckfeder
18: Gleitfläche
19: Druckstückboden
20: Deckel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „Fahrwerktechnik: Lenkung”, J. Reimgell, Vogel-Buchverlag, 1984, S. 70–90 [0002]

Claims

Zahnstangenlenkung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Lenkgetriebegehäuse (2) und einem Ritzel (3) das in dem Lenkgetriebegehäuse (2) gelagert ist, und mit einer Zahnstange (4), die mit ihrer Verzahnung (5) mit dem Ritzel (3) einen Getriebezug bildet und in dem Lenkgetriebegehäuse (2) axial verschieblich gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Flankenlinie (6) der Zähne (7) der Zahnstange (4) und des Ritzels (3) beidseitig in gleicher Richtung gebogen ist und/oder das Bezugsprofil (8) der Zähne (7) der Zahnstange (4) oder des Ritzels (3) ballig gebildet ist und/oder die Zahnhöhe (9) über die Zahnbreite (10) variabel ist.
Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnhöhe (9) in der Mitte der Zähne (7) höher ist, als an den Zahnenden (11).
Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flankenlinie (6) höchstens 50% der Zahnbreite (10) aus der Normallage gebogen ist.
Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die höchste Zahnhöhe (9) höchstens 50% der Zahnhöhe (12) an den Zahnenden (11) beträgt.
Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (7) einen Zahnkopf mit abgerundeten Kanten und einen Zahnfuß mit abgerundeter Kehlung aufweisen, wobei die Krümmungsradien der Abrundung und der Kehlung in funktionaler Beziehung zueinender stehen.
Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstangenlenkung (1) eine elektrische oder ektrohydraulische oder hydraulische Hilfskraftlenkung ist.
Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstangenlenkung (1) in einem Personenkraftwagen oder Nutzkraftwagen eingesetzt ist.