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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet der Zahnstangenlenkungen von Kraftfahrzeugen. Im Spezielleren befasst sich diese Erfindung mit der Untergruppe „Andruckleitung”, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Andruckleitung ist aus der
EP 1 787 890 A1 bekannt.
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In einer Kraftfahrzeugzahnstangenlenkung ist ein Lenkritzel drehfest mit der Lenksäule verbunden, die mittels des Lenkrads des Fahrzeugs betätigt wird, wobei das Ritzel mit einer Zahnstange in Eingriff gelangt, die gleitbeweglich in einem Lenkgehäuse angebracht ist. Die beiden Enden der Zahnstange, die außerhalb des Gehäuses liegen, sind mit zwei Lenkungspleuelstangen gekoppelt, die jeweils den rechten und linken Leiträdern des Fahrzeugs zugeordnet sind. Auf diese Weise wird die Drehung des Lenkrads in der einen oder anderen Richtung, also die entsprechende Drehung des Lenkritzels, mechanisch in eine entsprechende Translation der Zahnstange umgesetzt, die mit Hilfe der Pleuelstangen wiederum die Ausrichtung der Leiträder des Fahrzeugs bewirkt.
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Für gewöhnlich wird die Zahnstange in dieser Art von Lenkung in dauerndem Eingriffskontakt am Ritzel gehalten, und zwar mittels eines mechanischen Teils, das als ”Andruckteil” bezeichnet wird und in einem Teil mit einer an das Lenkgehäuse angepassten Gestaltung oder in einem Hilfsgehäuse mit zylindrischer Innenwand gleitbeweglich entlang einer Achse angebracht ist, die im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Zahnstange ist. Das Andruckteil wird auf eine Weise elastisch so beaufschlagt, dass es an der Rückseite der Zahnstange mit einem formangepassten Endteil und insbesondere einem Teil mit konkavem Profil in Anlage kommt, das sich auf der dem Lenkritzel gegenüberliegenden Seite befindet. Dank eines solchen Andruckteils werden die Fehler eines Eingriffs zwischen der Zahnstange und dem Ritzel ausgeglichen, und das Andruckteil stellt auch die Führung der Zahnstange sicher. Beispiele für bekannte Andruckleitungen sind in den europäischen Patentanmeldungen
EP 0 758 605 A1 und
EP 0 860 345 A2 oder in der französischen Patentanmeldung
FR 2 663 284 A1 wiedergegeben.
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Ein solches Andruckteil gehört für gewöhnlich zu einer Untergruppe, die ”Andruckstrang oder -leitung” genannt wird und sich im Allgemeinen zusammensetzt aus:
- – dem eigentlichen Andruckteil, das vorteilhafter Weise eine Reibungsplatte aufweist, die für einen geringen Reibungskoeffizienten zwischen diesem Andruckteil und der Zahnstange sorgt;
- – elastischen Einrichtungen, die aus einer einzigen zylindrischen Schraubenfeder oder aus einer oder mehreren Federscheibe/n oder einem Ring aus Elastomer oder aber auch aus einer Kombination solcher elastischer Teile bestehen können;
- – einer Einstellschraube, die mehr oder weniger tief in den Teil des Gehäuses oder in das Hilfsgehäuse eingedreht ist, welches das Andruckteil aufnimmt, wobei die elastischen Einrichtungen zwischen dem Andruckteil und der Einstellschraube eingesetzt sind, die somit eine Einstellung der Kompression dieser elastischen Einrichtungen zulässt und dabei einen freien Anschlag bildet, der den Rückzugsweg des Andruckteils einschränkt.
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Wie bereits weiter vorn angegeben, ermöglicht es eine solche Vorrichtung, über einen dauernden Eingriffskontakt zwischen dem Ritzel und der Zahnstange zu verfügen, indem gleichzeitig die Verzahnungsfehler dieser Teile ausgeglichen werden. Die elastischen Einrichtungen, die zwischen der Einstellschraube und dem Andruckteil wirken, ermöglichen auch, den Verschleiß beim Betrieb, also im Verlauf der Zeit, des Ritzels und der Zahnstange sowie den Verschleiß der Reibungsplatte des Andruckteils auszugleichen. Jedoch ist das Zurückweichen des Andruckteils, oder seine relative Position in Bezug auf den durch die Einstellschraube gebildeten Anschlag um eine entsprechende Verschiebung beim kumulierten Verschleiß der drei Bestandteile, nämlich des Ritzels, der Zahnstange und der Reibungsplatte erhöht.
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Die Nachteile der gegenwärtigen Auslegung der Andruckleitung und des erhöhten Zurückweichens des Andruckteils oder der möglichen relativen Verschiebung zwischen dem Andruckteil und seines durch die Einstellschraube gebildeten Anschlags sind insbesondere:
- – eine Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Geräuschen, wenn das Fahrzeug auf einer schlechten Fahrbahn fährt, und
- – eine Erhöhung des Biegemoments im Eingriffsbereich der Verzahnungen des Ritzels und der Zahnstange, und dies vor allem beim Volllastbetrieb.
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Da sich im Übrigen die gesamte Andruckleitung gegenwärtig entlang einer zur Längsachse der Zahnstange im Wesentlichen senkrechten Achse erstreckt, und angesichts der Abmessung der Bestandteile dieser Andruckleitung, bildet diese einen relativ großen Überstand am Lenkgehäuse.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die vorstehend dargelegten Nachteile auszumerzen und hat somit zur Aufgabe, ein neues Konzept für eine Andruckleitung bereitzustellen, die dieselben Aufgaben erfüllt und dieselben Funktionsvorteile wie eine herkömmliche Andruckleitung vereinigt und dabei für eine kleinere Abmessung und eine selbsttätige Kompensation des Verschleißes des Andruckteils und der Verzahnungen sorgt.
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Die Aufgabe wird durch eine Andruckleitung für eine Zahnstangenlenkung für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Auf diese Weise wird jeder Verschleiß des Andruckteils und/oder des Eingriffs zwischen Ritzel und Zahnstange automatisch durch eine entsprechende Verschiebung der Vorrichtung und im Spezielleren des Anschlagteils ausgeglichen, das sich in eine Reihe von fest mit dem Gehäuse verbundenen Rückkehrsperrzähnen einhakt. Zusätzlich zum Ausgleich des Verschleißes ermöglicht es ein solches selbsttätiges Kompensationssystem, die anfänglichen Montagefehler abzufangen.
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Somit besteht der Gedanke, welcher der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, darin, eine Andruckleitung mit Winkelrückstellung zu realisieren, von der ein Teil der Bestandteile, insbesondere die Feder, nicht mehr senkrecht, sondern vielmehr parallel zur Längsachse der Zahnstange angeordnet ist, wobei die Feder mittels einfach ausgeführter Rückstelleinrichtungen mit Schrägkontakt auf das eigentliche Andruckteil wirkt. Die Andruckleitung liegt somit am Lenkgehäuse an und nimmt nur einen geringen zusätzlichen Raum ein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgegenständlichen Andruckleitung umfasst das eigentliche Andruckteil symmetrisch zu seiner hinteren schrägen Fläche, die mit dem Anschlagteil in Kontakt kommt, eine weitere, umgekehrt geneigte hintere schräge Fläche, die sich an eine entsprechend geneigte schräge Innenfläche anlegt, die zu dem Teil des Lenkgehäuses oder zum Hilfsgehäuse gehört, in dem die Feder und das Anschlagteil untergebracht sind.
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Dank einer solchen Auslegung kann die Feder eine konstante Steifigkeit besitzen, wobei diese Feder nämlich nur einen geringen Prozentanteil (ca. 10%) der axialen Kräfte verkraften muss, die aufgrund des Eingriffs zwischen dem Ritzel und der Zahnstange auf das Andruckteil ausgeübt werden. Der größte Teil dieser Kräfte wird direkt durch das Lenkgehäuse oder das Hilfsgehäuse wieder aufgenommen, an dem auch die Rückseite des Andruckteils anliegt.
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Außerdem ermöglicht es der geeignet geneigte Schrägkontakt zwischen dem Andruckteil und dem Gehäuse genauso wie zwischen dem Andruckteil und dem Anschlagteil, für eine bestimmte Axialverschiebung des Andruckteils oder für einen bestimmten Verschleiß des Ritzels oder der Zahnstange oder des Andruckteils, eine verstärkte Verformung der Feder und somit eine verstärkte Verschiebung des Anschlagteils zu erzielen. Diese Verstärkung ermöglicht es, ein selbsttätiges Verschleißkompensationssystem vorzusehen und zu dimensionieren, das in seinem Funktionsablauf ausreichend fein ist und überdies den Überstand nicht vergrößert, der durch den Ritzelstrang am Gehäuse entsteht.
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Im Spezielleren macht das hier vorgesehene System einen anfänglichen Einstellvorgang unnötig, der für gewöhnlich beim Zusammenbau der Lenkung durchgeführt wird, und zwar die Einstellung des Rückhubs des Kolbens mittels der Einstellschraube. Die erst einmal vormontierte Vorrichtung umfasst eine mechanische Verbindung mit konstantem Spiel zwischen dem Andruckteil und dem Anschlagteil, wobei diese Verbindung, die einerseits eine relative Verschiebung zwischen diesen Teilen zulässt, es ermöglicht, die Eingriffsfehler zwischen dem Ritzel und der Zahnstange auszugleichen, und andererseits es dem Andruckteil ermöglicht, das Anschlagteil zu ”ziehen”, wenn seine Verschiebung die durch das vorgenannte konstante Spiel zugelassene Verschiebung überschreitet und ein Inkrement des Kompensationssystems, d. h. die ”Teilung” erreicht, die zwei aufeinanderfolgende Haltezähne trennt.
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Ingesamt besitzt die erfindungsgegenständliche Andruckleitung mit Winkelrückstellung die folgenden Vorteile:
- – die Andruckleitung hat einen kompakten Aufbau und liegt am Lenkgehäuse an.
- – Diese Andruckleitung ermöglicht es nicht nur, den Verschleiß wettzumachen, sondern auch, die Montagefehler aufzufangen.
- – Die Andruckleitung ist selbsteinstellbar, was jede Einstellung nach einer Montage unnötig macht und den Wegfall der gewöhnlichen Einstellschraube ermöglicht.
- – Da das Spiel des Andruckteils in Bezug auf das Anschlagteil konstant bleibt, ist die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens von Geräuschen vernachlässigbar.
- – Auch das Biegemoment im Bereich des Eingriffs des Ritzels und der Zahnstange bleibt konstant.
- – Der Aufbau des Ritzelstrangs ist einfach, und die Bestandteile dieses Strangs können aus Kunststoff hergestellt werden, wodurch sich geringe Fabrikationskosten ergeben.
- – Das Konzept einer Andruckleitung mit Winkelrückstellung ermöglicht es, das Lenkgehäuse für eine Montage der Andruckleitung entlang einer zur Mittelachse der Zahnstange parallelen Richtung, anders ausgedrückt, auf der Seite eines Lenkungsbalgs anzupassen, was auch die Montage der Lenkung erleichtern kann.
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Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügte Schemazeichnung besser verständlich, die beispielhaft eine Ausführungsform dieser Andruckleitung für eine Kraftfahrzeugzahnstangenlenkung darstellt:
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1 ist eine Teilansicht im Längsschnitt einer Zahnstangenlenkung, die mit einer Andruckleitung mit Rückstellwinkel nach der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;
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2 ist eine Ansicht im Querschnitt dieser Zahnstangenlenkung entlang II-II von 1;
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3 ist eine Ansicht im Längsschnitt der Andruckleitung allein entlang III-III von 1;
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4 stellt das Detail A von 3 im vergrößerten Maßstab dar.
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Zunächst umfasst mit Bezug auf die 1 und 2 eine Kraftfahrzeugzahnstangenlenkung ein Lenkritzel 2, das mit einer (nicht gezeigten) Lenksäule drehfest ist und mit einer Zahnstange 3 kämmt, die mit einer Verzahnung 4 versehen ist. Die Zahnstange 3 ist gleitbeweglich entlang der Richtung ihrer Längsachse 5 im Inneren eines allgemein rohrförmig gestalteten Lenkgehäuses 6 angebracht. Die Zahnstange 3 ist an jedem Ende des Gehäuses 6 in einem Lager 7 mit ringförmigen Querschnitt translatorisch geführt, wobei eine (hier nicht zu sehende) Lenkpleuelstange mit jedem Ende der Zahnstange gekoppelt ist. An jedem Ende des Gehäuses 6 ist auch ein Lenkungsbalg 8 befestigt, der das entsprechende Ende der Zahnstange 3 sowie auch einen Teil der entsprechenden Pleuelstange abdeckt.
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Der Teil der Zahnstange 3, der ihrer Verzahnung 4 diametral entgegengesetzt ist, besitzt ein abgerundetes Profil (siehe insbesondere 2) und wird als ”Rückseite” 9 der Zahnstange 3 bezeichnet.
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Die betreffende Zahnstangenlenkung ist mit einer ”Andruckleitung” ausgestattet, die in ihrer Gesamtheit mit der Bezugszahl 10 versehen ist, und deren Aufgabe es ist, auf der dem Lenkritzel 2 gegenüberliegenden Seite einen Druck auf die Rückseite 9 der Zahnstange 3 auszuüben, um die Zahnstange 3 in Eingriffskontakt mit dem Ritzel 2 zu halten.
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Die Bestandteile der Andruckleitung 10 sind im Inneren eines Hilfsgehäuses 11 untergebracht, das in einer entsprechenden Öffnung des Lenkgehäuses 6 eingelassen ist. Diese Bestandteile umfassen vor allem ein eigentliches Andruckteil 12, eine Feder 13 und ein Anschlagteil 14, das zwischen der Feder 13 und dem Andruckteil 12 angebracht ist.
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Das eigentliche Andruckteil 12 besitzt ein ”T”-Profil (siehe 1), wobei sein verbreiterter Teil ein konkaves Profil aufweist, das komplementär zum konvexen abgerundeten Profil der Rückseite 9 der Zahnstange 3 ist. Die beiden entgegengesetzten Arme des verbreiterten Teils des Andruckteils 12 sind jeweils hinten, d. h. der Zahnstange 3 entgegengesetzt, durch zwei schräge Flächen 15 und 16 mit umgekehrten, also zueinander symmetrischen Neigungen begrenzt.
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Die Feder 13 ist eine Schraubendruckfeder, deren Achse 17 sich parallel zur Längsachse 5 der Zahnstange 3 erstreckt. Ein erstes Ende der Feder 13 kommt an einem Verschlussteil 18 in Anlage, welches das Hilfsgehäuse 11 verschließt. Das andere Ende der Feder 13 kommt mittels eines kurzen, mit Ansatz versehenen Schafts 19 am Anschlagteil 14 in Anlage.
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Wie insbesondere aus 3 hervorgeht, ist das Anschlagteil 14 translationsbeweglich in der Richtung der Achse 17 der Feder 13 (also parallel zur Längsachse 5 der Zahnstange 3) im Inneren des Hilfsgehäuses 11 angebracht. Das Anschlagteil 14 weist eine schräge Fläche 20 auf, deren Neigung gleich derjenigen der schrägen Fläche 15 des Andruckteils 12 ist, und die mit dieser schrägen Fläche 15 in Kontakt kommt.
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Die andere schräge Fläche 16 des Andruckteils 12 kommt mit einer entsprechend geneigten schrägen Innenfläche 21 in Kontakt, die zum Hilfsgehäuse 11 gehört.
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Das Anschlagteil 14 umfasst eine Bohrung 22, die mit einem radialen Spiel von dem mit Ansatz versehenen Schaft 19 durchquert ist. Das von der Feder 13 ferne Ende dieses mit Ansatz versehenen Schafts 19 ist in ein Gewinde 23 eingeschraubt, das an der Basis des Andruckteils 12 vorgesehen ist.
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Wie 4 zeigt, weist schließlich das Anschlagteil 14 an einer seiner Seitenflächen noch eine Reihe von Haltezähnen 24 auf, die mit einer sehr kurzen Teilung in der Längsrichtung aufeinander folgen. Die Haltezähne 24 des Anschlagteils 14 sind dazu vorgesehen, mit einer Reihe von komplementären Zähnen 25 mit derselben Teilung zusammenzuwirken, die an einer Längsfläche 26 (siehe auch 3) der Innenwand des Hilfsgehäuses 11 ausgebildet sind.
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Auf diese Weise besitzt das Andruckteil 12 eine Beweglichkeit in der zur Längsachse 5 der Zahnstange 3 senkrechten Richtung. Der Schub, der durch die Feder 13 auf das Teil 14 ausgeübt wird, zielt darauf ab, dieses Teil 14 (mit Bezug auf die Zeichnung) nach rechts zu verschieben. Durch die Wirkung der verschiedenen geneigten Fläche 15, 16, 20 und 21 wird die Verschiebung des Anschlagteils 14 in eine zur Rückseite 9 der Zahnstange 3 hin gerichtete Verschiebungskomponente des Andruckteils 14 so umgesetzt, dass die Verzahnung 4 der Zahnstange 3 am Ritzel 2 anliegt.
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Im Spezielleren stellt die Andruckleitung 10 am Anfang eine automatische Einstellung sicher, und stellt im Verlauf der Lebensdauer der Lenkung durch die kombinierte Wirkung der Feder 13 und des Einhakens der Zähne 24 des Anschlagteils 14 an den Zähnen 25 der Innenseite 26 des Hilfsgehäuses 11 auch eine selbsttätige Kompensation des Verschleißes des Ritzels 2, der Zahnstange 3 und des Andruckteils 12 sicher, wobei das Profil dieser Zähne 24 und 25 eine Rückkehrsperrwirkung sicherstellt.
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Wenn, noch genauer ausgedrückt, der Ritzelstrang 10 eine Verbindung mit konstantem Spiel E zwischen dem Andruckteil 12 und dem Anschlagteil 14 umfasst, lässt die Vorrichtung einerseits eine relative Verschiebung des Andruckteils 12 und des Anschlagteils 14 zu, um die Eingriffsfehler zwischen dem Ritzel 2 und der Zahnstange 3 auszugleichen, und andererseits kann das Andruckteil 12 das Anschlagteil 14 ”ziehen”, wenn die Verschiebung des Letztgenannten diejenige überschreitet, die durch das Spiel E zugelassen wird und die Teilung der Zähne 24 und 25 erreicht.
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Die vorstehend beschriebene Andruckleitung 10 mit Winkelrückstellung lässt sich auf jede Kraftfahrzeugzahnstangenlenkung anwenden, ob es sich nun um eine manuelle Lenkung oder eine Servolenkung handelt, und die hydraulisch, elektrisch oder anders geartet ist.
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Man würde den Rahmen der Erfindung nicht verlassen:
- – wenn die Detailformen der Bestandteile des Ritzelstrangs 10, insbesondere des Andruckteils 12 und des Anschlagteils 14 modifiziert und diese Bestandteile aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt wären;
- – wenn die Schraubenfeder 13 durch irgendwelche elastischen Einrichtungen wie Federscheiben oder einen Klotz aus Elastomer ersetzt würden;
- – wenn der Ritzelstrang 10 nicht im Inneren eines Hilfsgehäuses 11, sondern im Inneren eines angepasst geformten Teils untergebracht wäre, das direkt am Lenkgehäuse 6 ausgebildet ist.
