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Die
Erfindung betrifft eine Zahnstangenbuchse für eine Zahnstangenlenkung und
eine Zahnstangenlenkung mit einer solchen Zahnstangenbuchse.
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Bekannte
Zahnstangenlenkungen haben ein im wesentlichen zylinderförmiges Zahnstangengehäuse, in
dem eine Zahnstange axial verschieblich aufgenommen ist. Über ein
Ritzel ist eine Lenkwelle an die Zahnstange gekoppelt, und die Zahnstange
ist über
jeweils ein Kugelgelenk und eine Spurstange mit einem der lenkbaren
Räder eines
Fahrzeugs verbunden. Lenkbewegungen eines Fahrers können somit über die
Lenkwelle und die Zahnstange auf die Räder übertragen werden.
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Um
die Zahnstange axial in dem Zahnstangengehäuse zu führen, sind Zahnstangenbuchsen zwischen
der Zahnstange und dem Zahnstangengehäuse vorgesehen. Wenn das Zahnstangengehäuse Teil
einer hydraulischen Hilfskraftlenkung ist, dichten die Zahnstangenbuchsen
zusätzlich
einen Raum im Zahnstangengehäuse
ab, in dem Hydraulikfluid aufgenommen ist.
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Bei
konventionellen Zahnstangenbuchsen müssen ein Sitz für ein Gleitlager,
ein Sitz für
eine Zahnstangendichtung, der Außendurchmesser und alle Stirnflächen der
Zahnstangenbuchse spanend bearbeitet werden, was aufwendig und teuer
ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine möglichst einfach und preiswert
herstellbare Zahnstangenbuchse zu schaffen sowie eine Zahnstangenlenkung
mit einer Zahnstangenbuchse bereitzustellen, die besonders kostengünstig ist.
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Zu
diesem Zweck sieht die Erfindung eine Zahnstangenbuchse für eine Zahnstangenlenkung vor,
wobei die Zahnstangenbuchse wenigstens eine tiefgezogene Komponente
aufweist. Gemäß der Erfindung
wird ein Blechteil zur Zahnstangenbuchse oder zu einer Komponente
der Zahnstangenbuchse umgeformt. Verglichen mit spanenden Bearbeitungsverfahren
lässt sich
das Blechteil durch Tiefziehen schneller in die gewünschte Form
bringen. Vorteilhaft ist ferner, dass das Verfahren prozesssicher
und kostengünstig
ist. Die Blechdicke des Blechteils ändert sich beim Tiefziehen
nicht wesentlich, so dass die Festigkeit des Blechteils entlang
seiner Länge
weitgehend konstant ist. Im Stand der Technik musste die Zahnstangenbuchse
durch Spanen von Material hergestellt werden, was arbeitsintensiver
war.
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Vorzugsweise
hat die Zahnstangenbuchse eine im allgemeinen ringförmige, äußere Wand
sowie eine im allgemeinen ringförmige,
innere Wand, wobei ein Verbindungsabschnitt vorgesehen ist, der
die äußere Wand
und die innere Wand verbindet. Der Verbindungsabschnitt dient als
Sitz für
einen Dichtring, der die Zahnstangenbuchse relativ zur axial verschieblichen
Zahnstange abdichtet.
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Gemäß einer
Ausführungsform
ist die Zahnstangenbuchse einteilig ausgebildet. Ein Blechteil wird
also tiefgezogen und anschließend
als Zahnstangenbuchse in das Zahnstangengehäuse eingesetzt. Nach dem Tiefziehen
muss die Zahnstangenbuchse nicht nachbearbeitet werden.
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Alternativ
ist die Zahnstangenbuchse mehrteilig ausgebildet. Die Form der Zahnstangenbuchse kann
variieren, und es kann z. B. eine größere Anlagefläche für ein Kugelgelenk
ausgebildet werden.
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Vorzugsweise
ist wenigstens eine Rippe vorgesehen, die so ausgebildet ist, dass
sie die Zahnstangenbuchse versteift. Besonders bevorzugt erstreckt
sich die wenigstens eine Rippe daher in einer Buchsenlängsrichtung.
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Die
wenigstens eine Rippe kann insbesondere an der inneren ringförmigen Wand
angeordnet sein. Sie grenzt also im eingebauten Zustand an die Zahnstange
an.
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Vorzugsweise
sind mehrere voneinander beabstandete Rippen am Umfang der inneren
Wand vorgesehen. Besonders bevorzugt verteilen sich die Rippen dabei
gleichmäßig über den
Umfang der inneren Wand.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die Zahnstangenbuchse dreiteilig ausgebildet und weist wenigstens
ein tiefgezogenes Blechteil sowie wenigstens ein Kunststoffteil
auf. Im Vergleich zur herkömmlichen,
spanenden Bearbeitung von Metallteilen kann durch die Verwendung
von tiefgezogenen Blechteilen bei der Buchsenfertigung Material
eingespart werden, was sich sowohl vorteilhaft auf das Gewicht als
auch auf die Herstellungskosten auswirkt. Außerdem trägt auch die Kombination mit
Kunststoffkomponenten zur Gewichtsminimierung und Kostenreduzierung
bei.
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Das
tiefgezogene Blechteil, das Kunststoffteil sowie ein drittes Teil
der Zahnstangenbuchse sind vorzugsweise miteinander verbunden und
bilden eine Baugruppe.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Zahnstangenlenkung mit einem Zahnstangengehäuse, einer Zahnstange,
die in dem Zahnstangengehäuse
verschieblich aufgenommen ist, und einer Zahnstangenbuchse der oben
genannten Art, wobei die Zahnstangenbuchse zwischen dem Zahnstangengehäuse und der
Zahnstange vorgesehen ist. Hinsichtlich der Vorteile wird auf die
obigen Erläuterungen
verwiesen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen beschrieben, die
in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer aus dem Stand der Technik bekannten Zahnstangenlenkung,
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2 einen
Detailschnitt durch eine erfindungsgemäße Zahnstangenlenkung mit einer
erfindungsgemäßen Zahnstangenbuchse
gemäß einer ersten
Ausführungsform,
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3 eine
teilgeschnittene, perspektivische Ansicht der Zahnstangenlenkung
gemäß 2,
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4 einen
Detailschnitt durch eine erfindungsgemäße Zahnstangenlenkung mit einer
erfindungsgemäßen Zahnstangenbuchse
gemäß einer zweiten
Ausführungsform,
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5 eine
teilgeschnittene, perspektivische Ansicht der Zahnstangenlenkung
gemäß 4,
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6 eine
perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Zahnstangenbuchse gemäß einer dritten
Ausführungsform,
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7 einen
Längsschnitt
VII-VII durch die Zahnstangenbuchse gemäß 6,
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8 einen
Längsschnitt
VIII-VIII durch eine Zahnstangenbuchse gemäß einer vierten Ausführungsform
der Erfindung, und
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9 eine
Vorderansicht der Zahnstangenbuchse gemäß 8.
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In 1 ist
schematisch eine Zahnstangenlenkung 8 mit einer Zahnstange 10 gezeigt.
Ein nicht gezeigtes Ritzel, das in einem Lenkgehäuse 12 gelagert und
mit einem Lenkrad 14 gekoppelt ist, greift über eine
Schrägverzahnung
in eine Verzahnung der Zahnstange 10 ein. Die Zahnstange 10,
die verschieblich in einem Zahnstangengehäuse 16 aufgenommen
ist, wird bei einer Drehbewegung des Ritzels axial verschoben und
verschwenkt über
Spurstangen 20 lenkbare Räder eines Fahrzeugs (nicht gezeigt).
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Die
Zahnstange 10 ist verschieblich in Zahnstangenbuchsen 18 geführt, die
im Zahnstangengehäuse 16 angebracht
sind. Die Zahnstangenbuchsen 18 sind vorzugsweise identisch
ausgebildet.
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Im
folgenden wird beispielhaft auf die bezüglich 1 am rechten
Ende des Zahnstangengehäuses 16 angebrachte
Zahnstangenbuchse 18 näher eingegangen.
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Zunächst wird
ein Blechteil im Tiefziehverfahren zur Zahnstangenbuchse 18 oder
einer Komponente der Zahnstangenbuchse 18 umgeformt. Das Verfahren
ist prozesssicher, kostengünstig
und ermöglicht
darüber
hinaus eine besonders schnelle Herstellung tiefgezogener Zahnstangenbuchsen 18 bzw.
tiefgezogener Buchsenkomponenten, die eine gewünschte Form aufweisen und sich
bevorzugt ohne Nachbearbeitung für
den Einsatz in Zahnstangenlenkungen eignen. Beim Tiefziehen ändert sich die
Blechdicke nicht oder nur unwesentlich, so dass die Festigkeit des
Blechteils insbesondere in Buchsenlängsrichtung X weitgehend konstant
bleibt.
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Die
Zahnstangenbuchse 18 dient als Anschlag für ein Kugelgelenk 24,
das die Verbindung zwischen der Spurstange 20 und der Zahnstange 10 herstellt.
Ferner dichtet die Zahnstangenbuchse 18 mit Bezug auf 1 einen
linken Raum 26, der z. B. mit Hydraulikfluid gefüllt ist,
relativ zu einem rechten Raum 28 ab, der von einem Faltenbalg 22 geschlossen
wird (vgl. auch 2 bis 5).
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In
den 2 und 3 ist ein Detailausschnitt der
Zahnstangenlenkung 8 dargestellt, mit der Zahnstangenbuchse 18 gemäß einer
ersten Ausführungsform.
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Die
Zahnstangenbuchse 18 hat eine im allgemeinen ringförmige, äußere Wand 30,
die im eingebauten Zustand an das Zahnstangengehäuse 16 angrenzt. Die äußere Wand 30 weist
an einem axialen Ende der Zahnstangenbuchse 18 einen radial nach
außen
gebogenen Rand 32 auf, der einer axialen Befestigung der
Zahnstangenbuchse 18 im Zahnstangengehäuse 16 dient und in
eine umlaufende Einbuchtung 34 des Zahnstangengehäuses 16 eingreifen
kann.
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Die äußere Wand 30 weist
ferner eine umlaufende Vertiefung 36 auf, die eine nicht
gezeigte Dichtung aufnehmen kann.
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Die äußere Wand 30 geht
an einem axialen Ende, das dem Ende mit dem umgebogenen Rand 32 entgegengesetzt
ist, in einen Verbindungsabschnitt 38 über. Der Verbindungsabschnitt 38 bildet einen
Sitz für
einen Dichtring 40, der gegen die axial verschiebliche
Zahnstange 10 abdichtet.
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Der
Verbindungsabschnitt 38 geht in eine im allgemeinen ringförmige, innere
Wand 42 über,
die im eingebauten Zustand der Zahnstange 10 zugewandt ist.
Zwischen der ringförmigen
inneren Wand 42 und der Zahnstange 10 ist im eingebauten
Zustand ein Gleitlager 44 vorgesehen.
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Das
dem Verbindungsabschnitt 38 entgegengesetzte axiale Ende
der inneren Wand 42 bildet einen Anschlag für das Kugelgelenk 24,
an dem das Kugelgelenk 24 bei einem Volleinschlag des Lenkrads
anliegt. Dementsprechend ist die Zahnstange 10 in den 2 bis 5 bei
einem maximalen Rechtseinschlag des Lenkrads gezeigt.
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Im
folgenden wird genauer auf das Einbringen der durch Tiefziehen eines
Blechteils hergestellten Zahnstangenbuchse 18 in das Zahnstangengehäuse 16 eingegangen.
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Die
Zahnstangenbuchse 18, das Gleitlager 44, der Dichtring 40 und
eine optionale, in der Vertiefung 36 aufgenommene Dichtung
werden als vormontierte Einheit in das Zahnstangengehäuse 16 eingeschoben
(gemäß 2 von
rechts), bis sie an einer im Zahnstangengehäuse 16 gebildeten,
umlaufenden Schulter 46 anliegt und/oder der an der äußeren Wand 30 der
Zahnstangenbuchse 18 gebildete Rand 32 in die
Einbuchtung 34 des Zahnstangengehäuses 16 eingreift.
Anschließend
wird ein Verschlussring 48 in das Zahnstangengehäuse 16 eingeschoben,
der in die Einbuchtung 34 einschnappt und dadurch die Zahnstangenbuchse 18 so
fixiert, dass sie in axialer Richtung unverschieblich ist.
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Schließlich wird
der Faltenbalg 22 beispielsweise mittels einer Schelle 29 am
Zahnstangengehäuse 16 angebracht.
Der Faltenbalg 22 schützt
das Kugelgelenk 24 und die Zahnstange 10 vor Verschmutzung.
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In
den 4 und 5 ist ein Detailausschnitt der
Zahnstangenlenkung 8 dargestellt, mit der Zahnstangenbuchse 18 gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
Für die
aus der ersten Ausführungsform
bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und
es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Die
in den 4 und 5 gezeigte Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur darin, dass
die Zahnstangenbuchse 18 mehrteilig, insbesondere zweiteilig
ausgebildet ist.
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Die
ringförmige
innere Wand 42 wird von einem ersten tiefgezogenen Teil
gebildet, und die im allgemeinen ringförmige äußere Wand 30 samt
Verbindungsabschnitt 38 wird von einem zweiten tiefgezogenen
Teil gebildet. Die beiden Tiefziehteile sind miteinander verklebt,
verpresst oder verschweißt.
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Die
innere Wand 42 hat einen umgebogenen Rand 49,
der nach dem Verkleben, Verpressen oder Verschweißen an der
im allgemeinen ringförmigen äußeren Wand 30 angreift
und als Anschlag für
das Kugelgelenk 24 dient.
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Die
Montage der Zahnstangenbuchse 18 gemäß den 4 und 5 entspricht
der oben für
die erste Ausführungsform
beschriebenen Montage, auf die hiermit verwiesen wird.
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In
den 6 und 7 ist eine dritte Ausführungsform
der Zahnstangenbuchse 18 dargestellt. Diese dritte Ausführungsform
unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen
dadurch, dass mehrere voneinander beab standete Rippen 50 an
der inneren Wand 42 vorgesehen sind. In 6 sind
sechs Rippen 50 einstückig
mit der inneren Wand 42 der Zahnstangenbuchse 18 ausgebildet und
gleichmäßig über den
Umfang der inneren Wand 42 verteilt. Die Rippen 50 sind
im Querschnitt abgerundet (vgl. 6), und
eine radiale Höhe
H der Rippen 50 nimmt zum Verbindungsabschnitt 38 hin
zu (vgl. 6 und 7). Die
Rippen 50 erhöhen
die Steifigkeit der Zahnstangenbuchse 18 und werden direkt
beim Tiefziehen der Zahnstangenbuchse 18 an die innere
Wand 42 angeformt.
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Obwohl
die äußere Wand 30 keinen
umgebogenen Rand 32 zeigt, der in die Einbuchtung 34 im Zahnstangengehäuse 16 eingreift,
kann dieser vorgesehen sein.
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Desweiteren
könnte
die Zahnstangenbuchse 18 auch aus mehreren, durch Kleben,
Pressen oder Schweißen
verbundenen Komponenten bestehen, obwohl die Zahnstangenbuchse 18 in
den 6 und 7 einstückig dargestellt ist.
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Ferner
könnten
natürlich
auch die in den 2 bis 5 gezeigten
Zahnstangenbuchsen 18 mit wenigstens einer Rippe 50 zur
Erhöhung
der Steifigkeit versehen sein.
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Die 8 und 9 zeigen
eine vierte Ausführungsform
der Zahnstangenbuchse 18, welche in diesem Fall dreiteilig
ausgebildet ist. Die Zahnstangenbuchse 18 weist ein Kunststoffteil 52 sowie
zwei tiefgezogene Blechteile 54, 56 auf. Die Blechteile 54, 56 werden
bevorzugt ausgestanzt, tiefgezogen und anschließend über eine Presspassung miteinander verbunden. Über eine
weitere Presspassung werden die Blechteile 54, 56 schließlich mit
dem Kunststoffteil 52 verbunden. Statt einer Presspassung
können die
Teile 52, 54, 56 selbstverständlich auch
durch Kleben, Schweißen,
o. ä. verbunden
werden. In jedem Fall sind das Kunststoffteil 52 und die
tiefgezogenen Blechteile 54, 56 der Zahnstangenbuchse 18 als
Baugruppe miteinander verbunden. In dieser Baugruppe bildet das
L-förmiges
Blechteil 54 die äußere Wand 30,
und das Kunststoffteil 52 bildet die innere Wand 42 sowie
den Verbindungsabschnitt 38 zur Aufnahme des Dichtrings 40.
Statt dem radial nach außen
gebogenen Rand 32 gemäß den 2 bis 5 steht
in der vierten Ausführungsform
gemäß 8 das
U-förmiges
Blechteil 56 radial nach außen über und kann damit analog zum
Rand 32 in die Einbuchtung 34 (vgl. 2 bis 5)
eingreifen. Aufgrund der Konstruktion aus Kunststoff- und tiefgezogenen
Stanzteilen weist die Zahnstangenbuchse 18 ein geringes
Gewicht auf und ist äußerst kostengünstig herstellbar.
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Auch
in dieser vierten Ausführungsform
sind Rippen 50 vorgesehen, um die Steifigkeit der Zahnstangenbuchse 18 zu
erhöhen.
Die Rippen 50 sind dabei am hülsenförmigen Kunststoffteil 52 angeformt,
welches bevorzugt als Spritzgussteil hergestellt wird. Außerdem ist
im Kunststoffteil 52 auch eine Ausnehmung zur Aufnahme
des Dichtrings 40 ausgebildet.
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Das
L-förmige
Blechteil 54 kann analog zu den Ausführungsformen gemäß den 2 bis 5 auch
eine umlaufende Vertiefung 36 zur Aufnahme einer Dichtung
aufweisen.