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Die Erfindung betrifft ein Zahnstangenlenkgetriebe nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.
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Bei Zahnstangenlenkgetrieben von Kraftfahrzeugen ist in einem Zahnstangengehäuse eine Zahnstange vorgesehen, die längsverschieblich gelagert ist, wobei ein Ritzel mit einem Zahnselement der Zahnstange in einem kämmenden Eingriff steht. Das Ritzel ist mit einer Lenksäule verbunden, die mittels an einem anderen Ende montierten Lenkrads das Ritzel in eine rotatorische Bewegung versetzt. Durch die Drehbewegung des Ritzels wird die Zahnstange in eine Translationsbewegung versetzt, wodurch über mit der Zahnstange verbundene Spurstangen die Räder des Kraftfahrzeugs gelenkt werden.
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Damit ein möglichst spielfreier Eingriff der beiden Bauteile miteinander gewährleistet ist, ist in dem Zahnstangengehäuse ein Druckstück vorgesehen, welches von einer dem Ritzel abgewandten Seite auf die Zahnstange einwirkt und die Zahnstange gegen das Ritzel drängt. Durch das radiale Spiel zwischen Druckstück und Gehäuse kommt es zu Geräuschen im Lenkgetriebe. Das Druckstück ist meistens aus Metall und deshalb schwer und teuer in der Fertigung. Das Druckstück besteht meistens aus einem Grundkörper und einer zusätzlichen Gleitfolie. Weiterhin kann über eine Stellschraube das Druckstück an die Zahnstange und die Zahnstange an das Ritzel geschoben werden, wodurch das Getriebespiel eingestellt werden kann. Über eine Feder wird das Getriebespiel auf Null vorgespannt.
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Die Abstützung der Zahnstange über das Druckstück ist weit weg von der Krafteinleitung auf die Zahnstange durch die Spurstangen über das Kugelgelenk. Dadurch kann sich ein hohes Biegemoment ergeben. Durch den Verzahnungseingriff des Ritzels kommt es zu hohen Biegespannungen im Zahngrund der Zahnstange. Diese überlagern sich mit den Biegespannungen, welche über die Spurstangen auf die Zahnstange wirken. Durch die Biegebeanspruchung kommt es zu Verformungen in der Zahnstange, wobei die Beanspruchung an einem Übergang einer Verzahnung zu einem Schaft am Höchsten ist.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung das eingangs genannte Zahnstangenlenkgetriebe weiterzuentwickeln, bei dem die Beanspruchung vermindert werden kann und dadurch eine Dimensionierung der Bauteile verkleinert werden kann.
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Ein Zahnstangenlenkgetriebe zur Lösung der erfinderischen Aufgabe weist die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 auf. Danach wird ein Zahnstangenlenkgetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, vorgeschlagen, umfassend eine in einem Zahnstangengehäuse angeordnete Zahnstange, die längsverschieblich gelagert ist, ein mit einem Zahnsegment der Zahnstange im kämmenden Eingriff stehendes Ritzel, und eine Stellschraube, die in ihrer Axialrichtung in etwa senkrecht zu der Zahnstange angeordnet ist, wobei eine Lagerbuchse, die die Zahnstange umfangsseitig umgibt, vorgesehen ist. Durch die Lagerbuchse kann ein Hebelarm, der zwischen einem Ende der Zahnstange und einem Ritzelbereich für gewöhnlich gebildet ist, verkürzt werden. Dadurch kann die Beanspruchung der Zahnstange verringert und die Dimensionierung des Getriebes kleiner ausgeführt werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Lagerbuchse in einem Bereich des Zahnsegments angeordnet ist, insbesondere benachbart zu einem Bereich, in dem das Ritzel mit dem Zahnsegment kämmt. Hierdurch kann ein Abstand zwischen dem Ende der Zahnstange und einer Druckstückachse verkürzt werden, wodurch sich eine Verminderung der Zahnstangenbeanspruchung ergibt.
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Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, wenn eine Gleitschale auf einer Innenseite der Lagerbuchse angeordnet ist, wobei insbesondere ein Innendurchmesser der Gleitschale kleiner als ein Innendurchmesser der Lagerbuchse ist. Dadurch ist gewährleistet, dass die Zahnstange auf der Gleitbuchse abgestützt ist.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann eine Stellschraube der Lagerbuchse zugeordnet sein, die insbesondere auf einer dem Zahnsegment abgewandten Seite. Durch die Stellschraube in der Lagerbuchse kann ein Spiel zwischen der Lagerbuchse bzw. Gleitschale und der Zahnstange reduziert werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Lagerbuchse derart ausgebildet sein, dass sie von der Stellschraube in einem elastischen Bereich vorgespannt ist, wobei insbesondere die Lagerbuchse durch die Stellschraube gegen die Zahnstange gedrängt ist. Durch die Vorspannung ist die Lagerbuchse in dem vorgesehenen Bereich auf der Zahnstange fest angeordnet, weshalb eine bestimmte Kompensation des Biegungsmoments erfolgen kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Gleitschale eine Verdrehsicherung aufweisen, insbesondere wenigstens einen Steg aufweisen, der in einer korrespondierenden Ausnehmung auf der Innenseite der Lagerbuchse in Eingriff steht. Durch die Verdrehsicherung ist gewährleistet, dass die Gleitschale in einer vorgesehenen Position in der Lagerbuchse angeordnet ist.
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Nach einer ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform kann die Lagerbuchse eine Verdrehsicherung aufweisen, insbesondere wenigstens einen Steg aufweisen, der in einer korrespondierenden Ausnehmung auf der Innenseite des Zahnstangengehäuses in Eingriff steht. Durch die Verdrehsicherung ist die Lagerbuchse drehfest in dem Gehäuse angeordnet.
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Das Zahnstangenlenkgetriebe kann auch dahingehend ausgeführt sein, dass die Gleitschale aus einem anderen Material gefertigt ist als die Lagerbuchse, insbesondere aus einem Lagerwerkstoff wie ein Polyamid, PEEK, POM oder dergleichen gefertigt ist. Durch einen solchen gleitoptimierten Werkstoff kann die Zahnstange in der Lagerbuchse leicht geführt werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht des Zahnstangenlenkgetriebes mit Lagerbuchse in einer Einbausituation,
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2 eine Vorderansicht des Zahnstangenlenkgetriebes nach der 1,
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3 eine Seitenansicht des Zahnstangenlenkgetriebes nach der 1,
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4 eine perspektivische Seitenansicht der Lagerbuchse mit Gleitschale,
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5 Zahnstangenkräfte gemäß dem Stand der Technik, und
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6 Zahnstangenkräfte gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der 1.
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Das Zahnstangenlenkgetriebe ist Teil einer Lenkeinrichtung beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, bei dem eine Drehbewegung in eine Translationsbewegung übersetzt wird. Bei dem Zahnstangenlenkgetriebe, was nachfolgend auch nur als Getriebe bezeichnet werden kann, ist eine Zahnstange 10 vorgesehen mit einem Zahnsegment 11, in dem ein Ritzel 12 im kämmenden Eingriff steht. Das Ritzel 12 ist an einem Ende einer Lenksäule angeordnet und wird durch Drehbewegungen an einem Lenkrad ebenfalls in eine drehende Bewegung versetzt. Durch die Verzahnung von Zahnstange 10 und Ritzel 12 wird diese Drehbewegung des Ritzels 12 in eine Axialbewegung der Zahnstange 10 übersetzt. Die Zahnstange 10 ist für gewöhnlich quer zu einer Längserstreckung des Fahrzeugs angeordnet und ist an seitlichen Enden mit jeweiligen Spurstangen verbunden, durch die Räder des Fahrzeugs gelenkt werden.
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Das Getriebe ist von einem Getriebegehäuse 13 umgeben, in dem die Zahnstange 10 gelagert ist. Das Ritzel 12 ist seitlich zu der Zahnstange 10 angeordnet, wobei Zähne des Ritzels 12 mit Zähnen des Zahnsegments 11 in Eingriff stehen.
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Das Zahnsegment 11 erstreckt sich, wie dem Fachmann geläufig ist, nur teilweise auf der Zahnstange 10 in Längserstreckung derselben und ist asymmetrisch auf der Zahnstange 10 angeordnet. Das Zahnsegment ist dabei näher an einem ersten Ende 14 der Zahnstange 10 angeordnet, als einem zweiten Ende 15.
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Zwischen dem Ritzel 12, das mit dem Zahnsegment 11 in Eingriff steht, und dem ersten Ende 14 ist eine Lagerbuchse 15 vorgesehen, die die Zahnstange 10 einschließlich des Zahnsegments 11 umfangsseitig umschließt. Die Lagerbuchse 15 erstreckt sich dabei über einen Teilbereich der Zahnstange, wobei die Lagerbuchse 15 über die gesamte Länge zwischen dem Ritzel 12 und dem Ende 14 angeordnet sein kann. Exemplarisch ist die Lagerbuchse 15 in den Figuren benachbart zu dem Ritzel 12 angeordnet. Eine Position näher an dem Ende 14 ist deshalb auch möglich. Die Lagerbuchse 15 ist zwischen dem Gehäuse 13 und der Zahnstange 10 angeordnet und weist an einer Außenseite, beispielsweise im Bereich des Zahnsegments 11 eine Verdrehsicherung auf. Die Verdrehsicherung ist im Wesentlichen ein umfangsseitig verlaufener Steg 16a, der über die Außenseite hervorsteht und in einer korrespondierenden Ausnehmung 16b des Gehäuses 13 in Eingriff steht. Dadurch kann die Lagerbuchse 15 sich nicht verdrehen.
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In der Lagerbuchse 15 ist eine Gleitschale 17 angeordnet, die zum Teil eine Innenseite 18 der Lagerbuchse 15 bedeckt. Die Gleitschale 17 weist ebenfalls eine Verdrehsicherung auf. Beispielsweise sind zwei Enden 19 der Gleitschale jeweils mit einem in radialer Richtung verlaufenden Steg 20 ausgerüstet, der in einer entsprechenden Ausnehmung 21 auf der Innenseite 18 der Lagerbuchse 15 in Eingriff steht. Die Gleitschale 17 kann aus einem anderen Material als die Lagerbuchse 15 gefertigt sein und beispielsweise aus einem gleitoptimierten Lagerwerkstoff wie ein Polyamid, PEEK, oder POM bestehen. Da die Lagerbuchse 15 nicht unmittelbar mit der Zahnstange 10 in Kontakt ist, kann die Lagerbuchse 15 aus einem elastischen Material gefertigt sein.
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Ein Innendurchmesser der Gleitschale 17 weist einen kleineren Innendurchmesser als die Lagerbuchse 15 auf, weshalb durch den größeren Innendurchmesser der Lagerbuchse 15 die Innenseite 18 in dem von der Gleitschale 17 nicht bedeckten Bereich beabstandete von einer Oberseite der Zahnstange 10 ist. Der so beabstandete Bereich der Lagerbuchse 15 ist im Wesentlichen einem Zahnsegmentsbereich zugeordnet, so dass das Zahnsegment 11 der Zahnstange 10 nicht direkt mit der Lagerbuchse 15 in Kontakt ist. Die Lagerbuchse 15 mit der Gleitschale 17 weist die Funktion einer Hilfsabstützung der Zahnstange 10 auf und vermindert ein Biegungsmoment derselben. Alternativ kann der Bereich der Lagerbuchse 15, der von der Gleitschale 17 bedeckt ist, zur Aufnahme der Gleitschale 17 eine Aussparung aufweisen, die gegenüber dem nicht von der Gleitschale 17 bedeckten Bereich einen größer Durchmesser aufweist. Der Durchmesser ist derart bemessen, dass die Gleitschale 17 aus der Aussparung hervorsteht, weshalb ein Innendurchmesser der Gleitschale 17 kleiner als die Innendurchmesser der Lagerbuchse 15 ist.
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In Höhe der Lagerbuchse 15 ist in dem Gehäuse 13 eine Stellschraube 22 angeordnet, die in ihrer Axialrichtung senkrecht auf der Lagerbuchse 15 steht. Durch die Stellschraube wird sichergestellt, dass die Lagerbuchse 15 im Bereich der Gleitschale 17 gegen die Zahnstange 10 gedrängt ist, wobei durch das elastische Material der Gleitschale 17 eine elastische Vorspannung mit der Lagerbuchse 15 gewährleistet ist.
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Die Funktion der Lagerbuchse 15 besteht darin, dass durch dieselbe ein Biegemoment, welches bei einer hohe Biegebeanspruchung der Zahnstange 10 für gewöhnlich in einem Lagerpunkt des Ritzels 12 mit dem Zahnsegment 11 auftritt, reduziert werden kann, da der Hebelarm verkürzt wird.
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Aufgrund der Hilfsabstützung durch die Lagerbuchse 15 kann auf ein Druckstück und damit auch auf einen Druckstückdom verzichtet werden, was einerseits Gewicht und andererseits auch Kosten einspart. Zusätzlich kann durch die Lagerbuchse 15 die Zahnstange 10 dünner gefertigt werden bzw. kann das Zahnsegment 11 kleiner ausgeführt werden, was wiederum einen größeren Querschnitt der Zahnstange 10 ermöglicht.
