DE102013016051B4

DE102013016051B4 - Kunststoffgehäuse mit integrierter Lagerbuchse

Info

Publication number: DE102013016051B4
Application number: DE102013016051.0A
Authority: DE
Inventors: Aksel Maier; Anatoli Schröder; Christine Goldberg; Kai Vohwinkel
Original assignee: ThyssenKrupp Presta AG
Current assignee: ThyssenKrupp Presta AG
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2015-10-01
Anticipated expiration: 2033-09-28
Also published as: DE102013016051A1

Abstract

Lenkgetriebe mit einem Lenkgetriebegehäuse (1), einer darin in Richtung einer Längsachse (2) angeordneten Zahnstange sowie einem mit einer Lenksäule und der Zahnstange korrespondierenden Antriebsgetriebe zur Übertragung einer Lenkkraft auf die Zahnstange sowie einer Lagerbuchse (10), die so ausgebildet ist, dass die Zahnstange in Längsrichtung verschiebbar gelagert ist, wobei die Lagerbuchse (10) an das Lenkgetriebegehäuse (1) in einem Spritzgussverfahren angeformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgetriebegehäuse (1) auf einer Innenseite im Bereich der Lagerbuchse (10) eine Vielzahl von sich in Richtung der Längsachse (2) erstreckende Rillen (11) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Herkömmliche Lenkgetriebe weisen ein Lenkgetriebegehäuse, eine darin angeordnete Zahnstange sowie ein mit einer Lenksäule verbundenes Ritzel auf. Das Getriebegehäuse umfasst zwei Gehäuseelemente für das Antriebsgetriebe, welches die Lenkkraft von der Lenksäule auf die Zahnstange mittels des Ritzels überträgt und für die Zahnstange. Antriebsseitig korrespondiert die Zahnstange mit je einer Spurstange, wodurch die Zahnstangenbewegung auf die Spurstangen der beiden zu lenkenden Räder übertragen wird. Die Zahnstange ist zumindest teilweise in dem Lenkgetriebegehäuse angeordnet und durch eine Zahnstangenführung verschiebbar gelagert. Zudem kann eine elektrische Hilfskraftlenkung vorgesehen sein, die einen in dem Lenkgetriebegehäuse gelagerten und über einen Servomotor angetriebenen Kugelgewindetrieb aufweist. Das Lenkgehäuse ist aus Aluminium oder anderen metallischen Werkstoffen gefertigt. Die Zahnstangenführung hingegen besteht aus einer Mischung aus Kunststoff und metallischem Werkstoff. Der Kunststoff wird hierbei aufgrund seiner Gleiteigenschaften eingesetzt. Die Zahnstangenführung wird nachträglich in das Lenkgehäuse eingebaut.
Lenkgetriebe der genannten Art weisen eine hohe Festigkeit auf. Leider sind diese Lenkgetriebegehäuse aber schwer, was für den Einsatz in Kraftfahrzeugen unerwünscht ist. Zudem ist die nachträgliche Montage der Zahnstangenführung zeit- und kostenintensiv. Die EP 0 343 549 B1 zeigt solch ein gattungsgemäßes Lenkgetriebe.
Aus der DE 100 24 213 A1 ist ein Lenkgetriebegehäuse bekannt, welches in einer Ausführungsform zumindest teilweise aus faserverstärktem Kunststoff und/oder Verbundwerkstoff hergestellt ist. Somit kann für Lenkgetriebe eine erhebliche Gewichtseinsparung erreicht werden, ohne dass auf die erforderliche Festigkeit verzichtet werden muss.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2011 003 051 A1 offenbart ebenfalls ein zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff bestehendes Lenkgehäuse, welches ein signifikant reduziertes Gewicht gegenüber einem Leichtmetall-Lenkgehäuse aufweist, wobei zugleich eine ausreichende Steifigkeit und Festigkeit gegeben ist.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Lenkgetriebe zur Verfügung zu stellen, welches kostengünstig herstellbar, haltbar und leicht ist.
Diese Aufgabe wird von einem Lenkgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach ist ein Lenkgetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, vorgesehen mit einem Lenkgetriebegehäuse, einer darin in Längsrichtung angeordneten Zahnstange sowie einem mit einer Lenksäule und der Zahnstange korrespondierenden Antriebsgetriebe zur Übertragung der Lenkkraft auf die Zahnstange sowie einer Lagerbuchse, die so ausgebildet ist, dass die Zahnstange in Längsrichtung verschiebbar gelagert ist, wobei die Lagerbuchse an das Lenkgetriebegehäuse in einem Spritzgussverfahren angeformt ist. Durch die Anformung der Lagerbuchse wird die nachträgliche zeit- und kostenintensive Montage eingespart und eine genaue Passform gewährleistet. Weil außerdem das Lenkgetriebegehäuse im Bereich der Lagerbuchse eine Vielzahl von sich in Längsrichtung erstreckende Rillen aufweist. Die Rillen im Zusammenspiel mit Nasen der angeformten Lagerbuchse dienen als Verdrehsicherung, so dass eine definierte Lage der Lagerbuchse im Lenkgetriebegehäuse sicher gestellt werden kann.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Lenkgetriebegehäuse im Bereich der Lagerbuchse eine auf der Innenseite umlaufende Nut aufweist. Die Nut im Zusammenspiel mit einer Nase der angeformten Lagerbuchse dient als axiale Verschiebesicherung. Zur axialen Verschiebesicherung können auch einzelne Aussparungen im Lenkgetriebegehäuse vorgesehen sein, die nicht radial durchgängig sein müssen. Die Ausnehmungen müssen geometrisch so gewählt sein, dass durch das Einspritzen ein vollständiges Befüllen durch den zweiten Spritzvorgang möglich ist. Bevorzugt handelt es sich bei den Ausnehmungen um konkav ausgeformte Abflachungen.
Die Lagerbuchse dient als Lager der Zahnstange und als Führung der Zahnstange in Längsrichtung. Daher ist es weiterhin bevorzugt, wenn die Lagerbuchse aus gleitoptimiertem Kunststoff hergestellt ist.
Um Gewicht des Lenkgetriebegehäuses einzusparen, ist es vorteilhaft wenn das Lenkgetriebegehäuse zumindest teilweise aus faserverstärktem Kunststoff und/oder Verbundwerkstoff hergestellt ist.
Das Lenkgetriebegehäuses und die Lagerbuchse werden somit durch Kunststoffe mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften ausgebildet. Der Kunststoff des Lenkgetriebegehäuses ist so gewählt, dass die erforderliche Festigkeit und Steifigkeit erreicht wird. Faserverstärkter Kunststoff und/oder Verbundwerkstoff kann hier eingesetzt werden. Dabei ist es vorteilhaft die Fasern entlang von Kraftverläufen des Lenkgetriebegehäuses anzuordnen, da in einem faserverstärkten Kunststoff die Last entlang der Fasern geleitet wird. Der Kunststoff der Lagerbuchse hingegen muss besondere Gleiteigenschaften aufweisen, so dass die Zahnstange möglichst ohne nennenswerte Reibkräfte und ohne wesentlichen Verschleiß verschiebbar in der Lagerbuchse gelagert werden kann. Durch diese sehr verschiedenen Anforderungen an die Kunststoffe der Lagerbuchse und des Lenkgetriebegehäuses kommt es beim Einspritzen der Lagerbuchse in das Lenkgetriebegehäuse zur Spaltbildung zwischen den beiden Elemente, da die Kunststoffe keine Verbindung miteinander eingehen. Um diesen Spalt vor äußeren Einflüssen, wie zum Beispiel Wasser und Schmutz zu schützen, liegt der Anspritzpunkt für die Lagerbuchse vorzugsweise in einem durch einen Faltenbalg geschützten Bereich. Durch diese bevorzugte Anordnung liegt der Spalt im trockenen, abgedichteten Raum unter dem Faltenbalg, der das Gelenk der Spurstangenanbindung an die Zahnstange vor äußeren Einflüssen schützt.
Die Erfindung umfasst insbesondere ein Lenkgetriebe mit einer genannten Lagerbuchse, die in einem antriebsgetriebefernen Endbereich des Lenkgetriebegehäuses angeordnet ist. In dem antriebsgetriebenahen Endbereich des Lenkgetriebegehäuses ist hingegen keine derartige Lagerbuchse vorgesehen. Hier wird der Eingriff eines Ritzels in die Zahnstange spielfrei gehalten, indem ein gegenüber dem Ritzel an der Zahnstange anliegendes Druckstück unter Vorspannung die Zahnstange gegen das Ritzel drückt. Das Druckstück überträgt dabei die erforderliche Anpresskraft und bietet die nötige Lagerfläche für die Zahnstange, die so ausgebildet ist, dass die Zahnstange in Längsrichtung verschiebbar gelagert ist.
Zwei bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Teile sind dabei in allen Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:
1: einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebegehäuses mit einer Lagerbuchse,
2: einen vergrößerten Ausschnitt der 1,
3: einen weiteren Längsschnitt des Lenkgetriebegehäuses,
4: einen Querschnitt des Lenkgetriebegehäuses, sowie
5: eine räumliche Ansicht eines Lenkgetriebegehäuses.
Das Lenkgetriebegehäuse 1 ist im Wesentlichen rohrförmig und umfasst zwei Gehäuseelemente für ein Antriebsgetriebe und für eine Zahnstange. Das Antriebsgetriebe, welches die Lenkkraft von der Lenksäule auf die Zahnstange mittels eines Ritzels überträgt ist seitlich, etwa quer zu einer Längsachse 2 des Lenkgetriebegehäuses in das Lenkgetriebegehäuse eingesetzt. Das Ritzel kämmt mit einer Verzahnung der Zahnstange. Das Lenkungsgehäuse 1 lagert die Zahnstange, die in Richtung der Längsachse 2 durch Drehung des Ritzels längsverschiebbar ist. Abtriebsseitig ist an die Zahnstange je eine Spurstange über ein Axialgelenk zur Lenkung von Rädern angebunden. An den beiden längsseitigen Enden des Lenkgetriebegehäuses 1 im Bereich der Anschlüsse der Spurstangen sind Faltenbälge montiert, die die Spurstangenaxialgelenke und die Zahnstangenendbereiche vor Schmutz und Feuchtigkeit schützen.
Die 1, 2 und 3 zeigen Ausschnitte eines Längsschnitts eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebegehäuses 1, wobei der antriebsgetriebeferne Endbereich 3 des Lenkgetriebegehäuses dargestellt ist.
Entlang der Längsachse 2 weist das Lenkgetriebegehäuse 1 eine im Wesentlichen kreiszylindrische Öffnung 4 auf, die von der hier nicht dargestellten Zahnstange mit Spiel durchsetzt wird. Zum antriebsgetriebefernen Ende hin weist diese Öffnung 4 einen ersten Absatz 5 mit einem ersten Bereich 6 und daran anschließend einen zweiten Absatz 7, an den sich ein zweiter Bereich 8 mit deutlich vergrößertem Innendurchmesser anschließt auf. Dieser zweite Absatz 7 kann als Anschlag für ein in die Öffnung 4 des Lenkgetriebegehäuses eingesetztes Anschlagmittel dienen, welches die Axialbewegung der Zahnstange begrenzt und dabei mit der Endfläche des Axialgelenkes der Spurstange korrespondiert. Weiterhin ist in diesem zweiten Bereich 8 die Abdichtung mit dem Faltenbalg vorgesehen. Dazu weist das Lenkgetriebegehäuse 1 auf der Außenseite einen umlaufenden Einschnitt 9 auf, der im Zusammenspiel mit einer Dichtmanschette zur Befestigung des das Lenkgetriebegehäuse in diesem Bereich umfassenden Faltenbalgs dient. Der erste Absatz 5 ist als Anschlag für eine Zahnstangenlagerbuchse 10 vorgesehen, die sich von dem ersten Absatz 5 bis zum zweiten Absatz 7 erstreckt. In diesem ersten Bereich 6 der Lagerbuchse 10 weist die Öffnung 4 des Lenkgetriebegehäuses bevorzugt eine Vielzahl von Rillen 11 auf, die sich in Längsrichtung erstrecken (4). Weiterhin ist am spurstangennahen Ende des ersten Bereichs 6 eine umfangseitige Nut 12 auf der Innenseite der Öffnung 4 vorgesehen, an die sich zum zweiten Absatz 7 hin ein konisch auslaufender Bereich 13 anschließt. Die Lagerbuchse 10 ist auf der Außenseite in Anlage mit der Innenseite des Lenkgetriebegehäuses 1 angeordnet. Die Lagerbuchse 10 der Zahnstange weist eine nahezu gleichmäßige Wandstärke auf, so dass sie am spurstangennahen Ende auf der Außen- sowie der Innenseite konisch ausläuft. Bevorzugt ist der Konuswinkel α in etwa 15°. Am spurstangenfernen Ende der Lagerbuchse 10 ist ebenfalls eine umlaufende Fase 14 vorgesehen, die mit dem ersten Absatz 5 in Anlage liegt. Im Bereich der umfangseitigen Nut 12 des Lenkgetriebegehäuses 1 weist die Lagerbuchse 10 eine mit der Nut 12 korrespondierende umfangseitige Nase 15 auf, die zusätzlich zum ersten Anschlag 5 und dem konischen Bereich 13 als Verschiebesicherung in Axialrichtung 2 dient.
Weiterhin weist die Lagerbuchse 10 auf der Außenseite eine Vielzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Nasen 16 auf, die im Zusammenspiel mit den Rillen 11 des Lenkgetriebegehäuses eine Verdrehsicherung bilden.
4 zeigt einen Querschnitt des Lenkgetriebegehäuses, wobei der durch die Rillen 11 und Nasen 16 entstehende Formschluss ersichtlich ist.
Zwischen dem Kunststoffgehäuse und der Lagerbuchse kommt es aufgrund der Wahl der Kunststoffe zur Spaltbildung. Dieser Spalt muss vor Verschmutzung, Spritzwasser, Staub und Witterung geschützt werden, damit die Funktion der Lagerbuchse verlängert wird. Der Anspritzpunkt liegt daher vorzugsweise im Bereich des umlaufenden Einschnittes 9 für die Faltenbalganbindung. Durch diese Anordnung liegt der Spalt im trockenen, abgedichteten Raum unter dem Faltenbalg und eine Undichtheit aufgrund der Spaltbildung kann vermieden werden.
Wie in 5 in einer weiteren Ausführungsform dargestellt ist, kann bei einer Platzierung des Anspritzpunktes 17 außerhalb des vom Faltenbalg umgebenden Bereichs, durch die Konstruktion von kleinen Rippen 18 auf der Außenseite des Kunststoffgehäuses 1 ein in sich geschlossener Rand gebildet werden, der um eine Abdichtung zu gewährleisten z. B. mit Silikon aufgefüllt werden kann.
Die Kunststoffe der beiden Spritzgusselemente sind so gewählt, dass sie den unterschiedlichen Anforderungen entsprechen. Die Kunststoffe gehen dabei keine Verbindung miteinander ein. Die Lagerbuchse 10 der Zahnstange besteht aus einem gleitoptimierten Kunststoff, z. B. PTFE.
Das erfindungsgemäße Lenkungsgehäuse ist nicht auf eine bestimmte Art der Zahnstangenlenkung beschränkt und kann mechanische als auch elektrische Zahnstangenlenkungen umgeben.
Bezugszeichenliste

1: Lenkgetriebegehäuse
2: Längsachse
3: antriebsgetriebeferner Endbereich
4: Öffnung
5: erster Absatz
6: erster Bereich
7: zweiter Absatz
8: zweiter Bereich
9: Einschnitt
10: Lagerbuchse
11: Rillen
12: Nut
13: konisch auslaufender Bereich
14: Fase
15: Nase
16: Nase
17: Anspritzpunkt
18: Rippe

Claims

Lenkgetriebe mit einem Lenkgetriebegehäuse (1), einer darin in Richtung einer Längsachse (2) angeordneten Zahnstange sowie einem mit einer Lenksäule und der Zahnstange korrespondierenden Antriebsgetriebe zur Übertragung einer Lenkkraft auf die Zahnstange sowie einer Lagerbuchse (10), die so ausgebildet ist, dass die Zahnstange in Längsrichtung verschiebbar gelagert ist, wobei die Lagerbuchse (10) an das Lenkgetriebegehäuse (1) in einem Spritzgussverfahren angeformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgetriebegehäuse (1) auf einer Innenseite im Bereich der Lagerbuchse (10) eine Vielzahl von sich in Richtung der Längsachse (2) erstreckende Rillen (11) aufweist.
Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgetriebegehäuse (1) im Bereich der Lagerbuchse (10) eine auf der Innenseite angeordnete umlaufende Nut (12) aufweist.
Lenkgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgetriebegehäuse (1) im Bereich der Lagerbuchse (10) Vertiefungen in der Innenseite aufweist, die nicht radial durchgängig sind.
Lenkgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Vertiefungen um konkav ausgeformte Abflachungen handelt.
Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (10) aus gleitoptimiertem Kunststoff hergestellt ist.
Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgetriebegehäuse (1) zumindest teilweise aus faserverstärktem Kunststoff und/oder Verbundwerkstoff hergestellt ist.
Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anspritzpunkt (17) in einem durch einen Faltenbalg geschützten Bereich (9) liegt.
Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (10) in einem antriebsgetriebefernen Endbereich (3) des Lenkgetriebegehäuses (1) angeordnet ist.