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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zahnstangenlenkgetriebe für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Zusammenfassung der
JP 2007 112276 A beschreibt ein Zahnstangenlenkgetriebe, bei welchem ein Verdrehen der Zahnstange um ihre eigene Achse verhindert werden soll. Die Zahnstange weist dazu eine Nut auf, deren Nutgrund verrundet ist. Eine tonnenförmige konvexe Oberfläche eines Rollelementes legt sich in die Nut so ein, dass diese ausgefüllt ist.
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Aus der
US 4,531,603 ist ein Zahnstangenlenkgetriebe bekannt, welches aneinander gereihte Kugeln aufweist. Die Kugeln werden in eine lineare Führung der Zahnstange und aus dieser heraus geleitet. So könne die Gleitreibung zwischen der Zahnstange und ihrem Lager reduziert werden, wobei gleichzeitig ein Verdrehen der Zahnstange aufgrund von Drehmomentbelastungen vermeidbar sein soll. Die Kugeln legen sich so in die lineare Führung, welche in ihrem Grund entsprechend dem Radius der Kugeln ausgeführt ist, ein, dass diese lineare Führung im Kontaktbereich der Kugeln ausgefüllt ist.
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Auch die
GB 1 168 191 A offenbart eine Zahnstangenlenkung. Ein Wälzelement ist als Kugel ausgeführt, welche in dem Gehäuse gelagert ist. Die Kugel greift in eine axial ausgeführt Ausnehmung der Zahnstange. Die Ausnehmung ist komplementär, also abgestimmt zur Kugel ausgeführt. Insofern greift die Kugel mit dem entsprechenden Kontaktabschnitt so in die Ausnehmung ein, dass diese dort vollständig ausgefüllt ist.
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Ebenso offenbart die
US 2002/0084136 A1 in einem Ausführungsbeispiel, dass eine Kugel in eine daran angepasste Ausnehmung einer Zahnstange eingreift.
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Zahnstangenlenkgetriebe dienen in an sich bekannter Weise zur Übertragung der Drehbewegung eines Lenkrads, das zum Beispiel über eine Lenkwelle drehfest mit dem Antriebsritzel des Zahnstangenlenkgetriebes verbunden ist, auf die im Lenkgetriebegehäuse axial verschiebbar gelagerte Zahnstange, die sich infolge einer Drehung des Antriebsritzels und des Verzahnungseingriffs zwischen Antriebsritzel und Zahnstange axial verschiebt und über ein jeweils an den axialen Enden der Zahnstange angekoppeltes Lenkgestänge, das jeweils wiederum mit einem Radträger verbunden ist, die an die Radträger angebundenen Räder des Fahrzeugs schwenkt.
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Um ein Separieren der Antriebsritzelverzahnung und der Zahnstangenverzahnung infolge der bei der Drehmomentübertragung zwischen Antriebsritzel und Zahnstange wirkenden Radialkräfte im Verzahnungseingriff zu verhindern sowie um den Verzahnungseingriff möglichst spielfrei zu halten, ist es weiterhin bekannt, die Zahnstange mittels eines gewöhnlich am Lenkgetriebegehäuse abgestützten Druckstücks gegen das Antriebsritzel zu drücken. Um weiterhin die axiale Verschiebbarkeit der Zahnstange im Lenkgetriebegehäuse zu gewährleisten, ist das Druckstück herkömmlich am Zahnstangenrücken gleitgelagert. Diese Gleitlagerung verursacht jedoch bei Lenkbewegungen naturgemäß eine Reibung zwischen dem Druckstück und der Zahnstange, die sich nachteilig auf das von einem Fahrzeugführer empfundene Lenkgefühl auswirken kann.
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Zur Verringerung der Reibung zwischen Druckstück und Zahnstange sind aus dem Stand der Technik ferner Lenkgetriebe bekannt, bei denen das Druckstück am Zahnstangenrücken wälzgelagert ist. So offenbart beispielsweise die
JP 2001260905 A ein Zahnstangelenkgetriebe, bei dem Wälzkörper in Form von Kugeln zwischen einer Umfangsfläche eines Zahnstangenrückens und einer dem Zahnstangerücken zugewandten konkaven Fläche eines Druckstücks angeordnet sind. Die Kugeln sind in Aufnahmeöffnungen eines im Druckstück axial verschiebbar aufgenommenen Lagersitzes am Druckstück gelagert. Der Lagersitz ist mittels eines Federelements gegen den Zahnstangenrücken vorspannbar.
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Ein ähnliches Zahnstangenlenkgetriebe ist in der
JP 2001328547 A beschrieben. Auch hier sind Kugeln frei drehbar in einem Lagersitz gelagert, der in einem Druckstück axial verschiebbar aufgenommen ist. Die Kugeln sind zwischen einer Umfangsfläche eines Zahnstangerückens und einer dem Zahnstangenrücken zugewandten konkaven Fläche des Druckstücks angeordnet. Der Lagersitz weist eine kegelförmige Fläche zur Aufnahme der Kugeln auf und ist mittels eines Federelements gegen den Zahnstangenrücken vorspannbar.
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Aus der
US 7,032,470 B2 ist ferner ein Zahnstangenlenkgetriebe bekannt, bei dem eine Zahnstange mittels eines mehrere Kugeln umfassenden Kugellagers gegen ein Antriebsritzel gedrückt wird. Das Kugellager weist einen im Querschnitt C-förmigen Innenring auf, der den Zahnstangenrücken der Zahnstange umgibt. Die Kugellagerkugeln sind in am Innenring verteilt angeordneten Löchern frei drehbar aufgenommen. Sie rollen zwischen der Umfangsfläche des Zahnstangenrückens und einer Innenfläche eines den Innenring umgebenden Außenrings ab. Der Außenring ist an einem Lenkgetriebegehäuse unbeweglich gelagert. Bei einer axialen Verschiebung der Zahnstange im Lenkgetriebegehäuse verschiebt sich der Innenring des Kugellagers aufgrund der Rollbewegung der Kugellagerkugeln ebenfalls in axiale Richtung mit der Zahnstange. Ein Drehen des Innenrings um die Zahnstange wird durch einen am Innenring ausgebildeten Stift verhindert, der in einem in axialer Richtung verlaufenden Schlitz im Außenring geführt ist. Der Außenring des Kugellagers ist über ein am Lenkgetriebegehäuse federnd abgestütztes Druckstück gegen die Zahnstange vorspannbar.
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Die vorstehend beschriebenen Lagerungen des Druckstücks an der Zahnstange sind in der Lage, die zwischen dem Druckstück und der Zahnstange auftretende Reibung im Vergleich zu einer herkömmlichen Gleitlagerung zu verringern. Neben dem Problem der bei Lenkbewegungen zwischen dem Druckstück und der Zahnstange auftretenden Reibung kann sich die Zahnstange jedoch infolge von am Verzahnungseingriff zwischen Antriebsritzel und Zahnstange wirkenden Kräften, die allgemein von dem aktuellen Lenkwinkel abhängen, und/oder von über das Lenkgestänge auf die Zahnstange übertragenen Kräften um ihre Längsachse drehen. Eine solche Drehung der Zahnstange wird durch die bekannten Lagerungen des Druckstücks an der Zahnstange nicht verhindert. Die Drehung der Zahnstange verschlechtert jedoch den Verzahnungseingriff zwischen Antriebsritzel und Zahnstange, was zum Beispiel zu einer ungleichmäßigen Abnutzung der jeweiligen Verzahnungen und folglich zu einem schnelleren Verschleiß des Zahnstangenlenkgetriebes führt. Ebenso kann eine solche Drehung der Zahnstange um ihre Längsachse zu unerwünschten Klappergeräuschen führen.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Zahnstangenlenkgetriebe für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, anzugeben, das bei Lenkbewegungen, das heißt bei axialen Verschiebungen einer Zahnstange in einem Lenkgehäuse, eine geringe Reibung zwischen einem die Zahnstange gegen ein Antriebsritzel drängenden Druckstück und der Zahnstange aufweist und gleichzeitig ein Drehen der Zahnstange um ihre Längsachse mit geringem baulichen Aufwand zuverlässig verhindert.
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Diese Aufgabe wird durch ein Zahnstangenlenkgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Erfindungsgemäß umfaßt ein Zahnstangenlenkgetriebe für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, eine in einem Lenkgetriebegehäuse axial verschiebbar gelagerte Zahnstange, in die ein drehbares Antriebsritzel eingreift, sowie wenigstens ein an dem Lenkgetriebegehäuse abgestütztes Druckstück, das die Zahnstange gegen das Antriebsritzel drängt und über wenigstens einen am Druckstück drehbar gelagerten Wälzkörper an einem Zahnstangenrücken wälzgelagert ist. Darüber hinaus weist der Zahnstangenrücken des erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkgetriebes wenigstens eine vertiefte, in axiale Richtung der Zahnstange verlaufende Wälzkörperlaufbahn auf, in welcher der Wälzkörper geführt ist.
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Unter dem Zahnstangenrücken ist gemäß der vorliegenden Erfindung der an die Verzahnung der Zahnstange angrenzende bzw. gegenüberliegende Bereich des Zahnstangenumfangs zu verstehen. Die in den Zahnstangenrücken eingebrachte, vertiefte Wälzkörperlaufbahn ist zum Beispiel eine rillen- oder nutförmige Ausnehmung, wobei die spezielle Querschnittsform der Laufbahn, zum Beispiel kreisförmig, ellipsoidal, keil- oder trapezförmig, rechteckig usw., sowie deren genaue Breite und Tiefe zweckmäßigerweise entsprechend der Form und Größe des bzw. der in der Laufbahn geführten Wälzkörper gewählt wird. Als Wälzkörper der vorliegenden Erfindung kommen prinzipiell alle an sich bekannten, beispielsweise für herkömmliche Wälzlager verwendeten Wälzkörper in Frage, zum Beispiel Kugeln, Zylinder, Nadeln, Tonnen und dergleichen.
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Da sich die Wälzkörperlaufbahn im Zahnstangenrücken im Wesentlichen in axialer Richtung der Zahnstange, das heißt in ihrer Längsrichtung, erstreckt, kann der in der Laufbahn geführte Wälzkörper bei einer axialen Verschiebung der Zahnstange im Lenkgetriebegehäuse auf der Wälzkörperlaufbahn mit geringer Reibung abrollen. Der Wälzkörper wird demnach von der Wälzkörperlaufbahn in axialer Richtung der Zahnstange geführt, ein Abrollen des Wälzkörpers auf dem Zahnstangenrücken in tangentialer bzw. umfänglicher Richtung der Zahnstange jedoch verhindert. Dementsprechend wird eine Drehbewegung der Zahnstange um ihre Längsachse durch den in der Wälzkörperlaufbahn geführten Wälzkörper wirksam blockiert.
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Ferner ist der Wälzkörper erfindungsgemäß ebenfalls drehbar am Druckstück gelagert. Folglich sind die Bewegungsfreiheitsgrade des Wälzkörpers auch am Druckstück eingeschränkt, wobei die Drehung des Wälzkörpers am Druckstück jedoch jedenfalls in der Richtung ermöglicht ist, in welcher der Wälzkörper bei axialer Verschiebung der Zahnstange an der am Zahnstangenrücken eingebrachten Wälzkörperlaufbahn abrollt, wie vorstehend beschrieben wurde.
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Es könnte zum Beispiel an dem Druckstück eine Wälzkörperlaufbahn zur Führung des Wälzkörpers ähnlich der in dem Zahnstangenrücken ausgebildeten Laufbahn vorgesehen sein, wobei die Wälzkörperlaufbahn im Druckstück in diesem Fall parallel zur Wälzkörperlaufbahn des Zahnstangenrückens verlaufen würde, um eine rotationsfreie axiale Verschiebung der Zahnstange zu ermöglichen. Zudem müßte die Länge der am Druckstück vorgesehenen Wälzkörperlaufbahn in diesem Fall derart bemessen sein, dass ein Abrollen des Wälzkörpers zwischen dem Zahnstangenrücken und dem Druckstück bei einer einem maximalen Lenkeinschlag entsprechenden maximalen axialen Verschiebung der Zahnstange zu beiden Seiten gewährleistet wäre. Eine derartige Lagerung des Wälzkörpers am Druckstück ließe somit eine rotatorische Bewegung des Wälzkörpers und zusätzlich eine translatorische Bewegung des Wälzkörpers in axialer Richtung der Zahnstange zu. Ein Abrollen des Wälzkörpers am Druckstück in lateraler Richtung (Richtung senkrecht zur Längsachse der Zahnstange) würde jedoch durch die Führung der Wälzkörperlaufbahn am Druckstück verhindert und folglich das Drehen der Zahnstange um ihre Längsachse.
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Das erfindungsgemäße Zahnstangenlenkgetriebe weist einerseits durch die Wälzlagerung des Druckstücks am Zahnstangenrücken eine geringe Reibung zwischen diesen Bauteilen bei einer axialen Verschiebung der Zahnstange auf und verhindert gleichzeitig mit Hilfe der ohnehin für die Wälzlagerung erforderlichen Wälzkörper wirksam ein Drehen der Zahnstange um ihre Längsachse. Auf weitere bauliche Vorkehrungen zum Verhindern der Drehung der Zahnstange kann somit verzichtet werden.
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Gemäß der Erfindung besitzt der am Druckstück drehbar gelagerte Wälzkörper ausschließlich wenigstens einen rotatorischen Freiheitsgrad. Da der Wälzkörper somit keinen translatorischen Freiheitsgrad besitzt, muß im Lenkgetriebegehäuse bzw. am Druckstück auch kein Bauraum für eine Linearbewegung des Wälzkörpers am Druckstück zur Verfügung gestellt werden, wie beispielsweise bei der zuvor beschriebenen Wälzkörperlaufbahn am Druckstück. Das Lenkgetriebegehäuse baut somit kompakter. Der wenigstens eine rotatorische Freiheitsgrad des Wälzkörpers ist so auszulegen, dass in jedem Fall eine Drehung des Wälzkörpers am Druckstück in der Richtung möglich ist, in welcher der Wälzkörper bei axialer Verschiebung der Zahnstange an der am Zahnstangenrücken eingebrachten Wälzkörperlaufbahn abrollt, wie bereits beschrieben wurde.
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Als ein Beispiel für eine drehbare Lagerung des Wälzkörpers am Druckstück, die ausschließlich wenigstens einen rotatorischen und keinen translatorischen Freiheitsgrad aufweist, sei die Lagerung des Wälzkörpers an einer mit dem Druckstück verbundenen Welle genannt, wobei die Drehrichtung des Wälzkörpers in der zuvor beschriebenen Weise festzulegen ist.
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Die Erfindung sieht vor, dass der Wälzkörper eine Kugel ist, die mittels Lagerkugeln in einer mit dem Druckstück verbundenen Kugelpfanne gelagert und von der Kugelpfanne gehalten ist. Die Kugel rollt auf den Lagerkugeln ab, wobei die Lagerkugeln wiederum an der Innenwand der Kugelpfanne abrollen. Auf diese Weise besitzt die als Wälzkörper verwendete Kugel ausschließlich rotatorische Freiheitsgrade. Sie kann sich in jede Drehrichtung frei bewegen, somit auch in die Drehrichtung, in welche die Kugel auf der Wälzkörperlaufbahn des Zahnstangenrückens bei einer axialen Verschiebung der Zahnstange abrollt. Da sich die Kugel in der Kugelpfanne in alle Richtungen frei drehen kann, ist keine gezielte Ausrichtung des an dem Druckstück gelagerten Wälzkörpers hinsichtlich der auf dem Zahnstangenrücken verlaufenden Wälzkörperlaufbahn der Zahnstange nötig, wie es zum Beispiel der Fall ist, wenn der Wälzkörper lediglich einen rotatorischen Freiheitsgrad besitzt. Dies erleichtert die Monatage des erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkgetriebes wesentlich. Ferner ermöglicht die Lagerung der Kugel mittels der Lagerkugeln in der Kugelpfanne eine besonders reibungs- und verschleißarme drehbare Lagerung des Wälzkörpers am Druckstück.
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Erfindungsgemäß ist der Wälzkörper eine Kugel und die am Zahnstangenrücken eingebrachte, vertiefte Wälzkörperlaufbahn weist an der Umfangsfläche des Zahnstangenrückens eine Breite auf, die kleiner ist als der Durchmesser der Kugel. Somit ist die als Wälzkörper verwendete Kugel nicht vollständig in der Wälzkörperlaufbahn, die beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen kann, aufgenommen, sondern rollt vielmehr auf den seitlichen Kanten bzw. Kantenabschnitten der Wälzkörperlaufbahn ab. Dies ermöglicht eine besonders einfach herzustellende, spielfreie Lagerung des Wälzkörpers auf der Wälzkörperlaufbahn, die in besonders vorteilhafter Weise außerdem unempfindlich gegenüber fertigungsbedingten Bauteilabweichungen des Wälzkörpers sowie der Wälzkörperlaufbahn ist. Somit ist eine präzise axiale Führung des Wälzkörpers am Zahnstangenrücken während axialer Verschiebungen der Zahnstange gewährleistet. Ferner wird jegliches Drehen der Zahnstange um ihre Längsachse sicher unterbunden. Wesentlich in diesem Zusammenhang ist auch, dass der Wälzkörper sich zusammen mit dem Lagerkugeln innerhalb des von der Kugelpfanne begrenzten Hohlraums befindet, wobei die Kugelpfanne eine Öffnung mit einem Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser des Wälzkörpers. Durch diese Öffnung erstreckt sich jener Teil des Wälzkörpers, der an der Wälzkörperlaufbahn des Zahnstangenrückens gelagert ist und auf dieser abrollt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Druckstück mittels wenigstens eines Federelements in Richtung des Zahnstangenrückens elastisch vorspannbar ist. Somit kann das Druckstück über den Wälzkörper stets in einem spielfreien und geräuscharmen Kontakt zum Zahnstangenrücken gehalten werden. Ferner lässt sich über die Federkraft der Druck einstellen, mit dem das Druckstück die Zahnstange gegen das Antriebsritzel drängt. Durch die elastische Vorspannung können ferner insbesondere Stoßbelastungen wirksam durch das Druckstück aufgenommen werden, die bei einer starren Lagerung des Druckstücks möglicherweise eine Beschädigung der Wälzkörperlaufbahn, des Wälzkörpers oder des Druckstücks selbst verursachen könnten. Ferner ist durch die elastische Vorspannung des Druckstücks gegen die Zahnstange ein automatischer Verschleißausgleich gewährleistet. Eine manuelle Nachjustierung des Verzahnungseingriffs, das heißt der Antriebsritzel-Zahnstange-Verbindung, kann somit entfallen. Auch lassen sich durch das federbelastete Druckstück fertigungsbedingte Toleranzen in der Antriebsritzel-Zahnstangen-Verbindung einfach ausgleichen, wodurch der Fertigungsprozeß des erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkgetriebes vereinfacht sowie der Montage- bzw. Wartungsaufwand deutlich verringert werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Druckstück in einem Stutzen des Lenkgetriebegehäuses axial in Richtung des Zahnstangenrückens verschiebbar gelagert ist, insbesondere in dem Stutzen gleit- oder wälz- bzw. kugelgelagert ist. Einerseits ist auf diese Weise eine einfache Montage des Druckstücks im Lenkgetriebegehäuse möglich. Andererseits gewährleistet diese Lagerung des Druckstücks am Lenkgetriebegehäuse eine einfache und genaue Positionierung des am Druckstück gelagerten Wälzkörpers in Bezug auf die Wälzkörperlaufbahn des Zahnstangenrückens. Ein Kippen des Druckstücks und damit des an diesem gelagerten Wälzkörpers wird wirksam verhindert. Außerdem ermöglicht die axiale Verschiebbarkeit des Druckstücks im Lenkgetriebegehäuse, Toleranzen der Zahnstange in vorteilhafter Weise auszugleichen.
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Eine noch weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die axiale Bewegung des Druckstücks weg von dem Zahnstangenrücken durch einen am Druckstück vorgesehenen Endanschlag begrenzt ist, der gegen das Lenkgetriebegehäuse abstützbar ist. Der Endanschlag stellt sicher, dass der am Druckstück gelagerte Wälzkörper die Wälzkörperlaufbahn am Zahnstangenrücken beispielsweise bei hohen Seiten- bzw. Querkräften nicht verlassen kann. Außerdem legt der Endanschlag den maximalen Ausgleichsweg der axialen Verschiebung des Druckstücks zum Ausgleich der Zahnstangentoleranzen fest, wie vorstehend erwähnt wurde. Zweckmäßigerweise ist der Endanschlag des Druckstücks hierzu an einem in den Stutzen des Lenkgetriebegehäuses von außen einschraubbaren Verschluß abstützbar, wobei der maximal mögliche, axiale Verschiebungsweg des Druckstücks im Stutzen des Lenkgetriebegehäuses, das heißt das maximale Spiel zwischen dem Endanschlag des Druckstücks und einer Anschlagsfläche des Verschlusses, über die Einschraubtiefe des Verschlusses in das Lenkgetriebegehäuse einstellbar ist. Auf diese Weise kann beispielsweise während der Montage des erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkgetriebes zuerst die maximale Abweichung der Zahnstange gemessen werden und anschließend das Spiel zwischen dem Endanschlag des Druckstücks und der Anschlagsfläche des Verschlusses auf diesen Wert eingestellt werden.
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Zur weiteren Verringerung des Verschleißes sowie der Reibung der Wälzlagerung zwischen Druckstück und Zahnstange sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ferner vor, dass die Wälzkörperlaufbahn gehärtet ist. Ferner können bei einer gehärteten Wälzkörperlaufbahn ebenfalls höhere Kräfte über den Wälzkörper zwischen der Zahnstange und dem Druckstück übertragen werden. Mit anderen Worten kann das Druckstück die Zahnstange im Vergleich zu herkömmlichen Zahnstangenlenkgetrieben bei relativ geringer Reibung zwischen dem Druckstück und der Zahnstange mit einer größeren Kraft gegen das Antriebsritzel drücken und somit den Verzahnungseingriff zwischen Zahnstange und Antriebsritzel zur Übertragung größerer Drehmomente, die zum Beispiel bei Stoßbelastungen auftreten können, verbessern.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Seitenquerschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkgetriebes,
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2 eine schematische Seitenansicht sowie eine Draufsicht eines Druckstücks eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkgetriebes,
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3 eine schematische Seitenquerschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkgetriebes, und
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4 eine schematische Seitenquerschnittsansicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkgetriebes.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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In 1 ist eine schematische Seitenquerschnittsansicht eines Zahnstangenlenkgetriebes 1 für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Zahnstangenlenkgetriebe 1 umfaßt im Wesentlichen eine in einem in 1 nicht vollständig dargestellten Lenkgetriebegehäuse 2 axial verschiebbar gelagerte Zahnstange 3, in die ein ebenfalls in 1 nicht dargestelltes, drehbares Antriebsritzel eingreift. Die Verzahnung des Antriebsritzels greift hierbei in an sich bekannter Weise in einen Verzahnungsabschnitt 4 der Zahnstange 3 ein, wodurch das Antriebsritzel und die Zahnstange 3 einen Verzahnungseingriff bilden.
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Obwohl es in 1 nicht gesondert dargestellt ist, ist das Antriebsritzel des Zahnstangenlenkgetriebes 1 beispielsweise über eine mit diesem drehfest verbundene Lenkwelle mit einem Lenkrad des Fahrzeugs verbunden. Ebenfalls sind die axialen Enden der Zahnstange 3 beispielsweise über ein Lenkgestänge oder Spurstangen mit jeweiligen Radträgern des Fahrzeugs gekoppelt, so dass das Zahnstangenlenkgetriebe 1 Lenkbewegungen eines Fahrzeugführers am Lenkrad zunächst in eine axiale Verschiebungsbewegung der Zahnstange 3 und ferner in entsprechende Schwenkbewegungen der an den Radträgern angebundenen Fahrzeugräder überträgt.
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Wie in 1 zu erkennen ist, umfaßt das Zahnstangenlenkgetriebe 1 ferner ein an dem Lenkgetriebegehäuse 2 abgestütztes Druckstück 5, das die Zahnstange 3 gegen das Antriebsritzel drängt, wie in 1 durch einen am Druckstück 5 angeordneten Kraftpfeil F kenntlich gemacht ist.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkgetriebes 1 ist das Druckstück 5 insbesondere in einem Stutzen des Lenkgetriebegehäuses 2 axial in Richtung der Zahnstange 3 bzw. ihrem Zahnstangenrücken 6, der durch den an den Verzahnungsabschnitt 4 angrenzenden und diesem gegenüberliegenden Bereich des Zahnstangenumfangs der Zahnstange 3 gekennzeichnet ist, verschiebbar gelagert, in einfacher Weise zum Beispiel gleitgelagert, wobei die axiale Bewegung des Druckstücks 5 weg von dem Zahnstangenrücken 6 durch einen am Druckstück 5 vorgesehenen Endanschlag 7 begrenzt ist. Wie 1 zu entnehmen ist, stützt sich der Endanschlag 7 über einen von außen in den Stutzen des Lenkgetriebegehäuses 2 einschraubbaren Verschluß 8 an dem Lenkgetriebegehäuse 2 ab. Außerdem ist das Druckstück 5 bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel durch ein zwischen dem Druckstück 5 und dem Verschluß 8 angeordnetes Federelement 9, beispielsweise eine Schrauben- oder Tellerfeder, in Richtung der Zahnstange 3 elastisch vorgespannt.
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Wie 1 zu entnehmen ist, ist zwischen dem Druckstück 5 und der Zahnstange 3 bzw. dem Zahnstangenrücken 6 der Zahnstange 3 ein Wälzkörper 10 in Form einer Kugel angeordnet. Der Wälzkörper 10 ist einerseits am Druckstück 5 drehbar gelagert und andererseits am Zahnstangenrücken 6 wälzgelagert. Wie in 1 deutlich zu erkennen ist, weist der Zahnstangenrücken 6 des Zahnstangenlenkgetriebes 1 hierzu eine vertiefte, in axiale Richtung der Zahnstange 3 verlaufende Wälzkörperlaufbahn 11 auf. In dieser ist die als Wälzkörper 10 ausgebildete Kugel geführt.
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Die Wälzkörperlaufbahn 11 weist bei dem in 1 dargestellten Zahnstangenlenkgetriebe 1 eine ellipsoidale Querschnittsform auf, wobei die Wälzkörperlaufbahn 11 an der Umfangsfläche des Zahnstangenrückens 6 eine Breite aufweist, die kleiner ist als der Durchmesser der Kugel 10. Folglich ist die Kugel 10 nicht vollständig in der Wälzkörperlaufbahn 11 aufgenommen, sondern lediglich teilweise und rollt auf den seitlichen Kanten 12 bzw. Kantenabschnitten der Wälzkörperlaufbahn 11 ab, wie ebenfalls in 1 durch entsprechende Kraftpfeile F an den Kanten 12 dargestellt ist. Diese Art der Lagerung des Wälzkörpers 10 an der Wälzkörperlaufbahn 11 erlaubt eine spielfreie und präzise Führung des Wälzkörpers 10 am Zahnstangenrücken 6 während einer axialen Verschiebungen der Zahnstange 3. Ein Drehen der Zahnstange 3 um ihre Längsachse wird sicher durch den Wälzkörper 10 verhindert, da er bezüglich einer Drehung der Zahnstange 3 um ihre Längsachse einen Formschluß mit den Kanten 12 der Wälzkörperlaufbahn 11 bildet.
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In 1 ist ferner zu erkennen, dass die als Wälzkörper 10 verwendete Kugel bei dem Zahnstangenlenkgetriebe 1 mittels Lagerkugeln 13 in einer mit dem Druckstück 5 verbundenen Kugelpfanne 14 drehbar gelagert ist. Die Kugel 10 rollt auf den Lagerkugeln 13, die einen kleineren Durchmesser aufweisen als die Kugel 10, ab, wobei die Lagerkugeln 13 wiederum auf der Innenseite der Kugelpfanne 14 abrollen. Ferner wird die Kugel 10 durch die Kugelpfanne 14 gehalten. Die Kugel 10 befindet sich hierzu zusammen mit dem Lagerkugeln 13 innerhalb des von der Kugelpfanne 14 begrenzten Hohlraums, wobei die Kugelpfanne 14 eine Öffnung mit einem Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser der Kugel 10. Durch diese Öffnung erstreckt sich jener Teil der Kugel 10, der an der Wälzkörperlaufbahn 11 des Zahnstangenrückens 6 gelagert ist und auf dieser abrollt.
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Die Art der bei dem erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkgetriebe 1 verwendeten drehbaren Lagerung der Kugel 10 am Druckstück 5 mittels der Kugelpfanne 14 und den Lagerkugeln 13 gewährt der Kugel 10 ausschließlich rotatorische Freiheitsgrade, diese jedoch in jede beliebige Drehrichtung. Somit kann sich die Kugel 10 bei einer axialen Verschiebung der Zahnstange 3 in jedem Fall in die Richtung drehen, in welche die Kugel 10 auf der Wälzkörperlaufbahn 11 abrollt. Ein Drehen der Zahnstange 3 um ihre Längsachse wird jedoch verhindert, da die Kugel 10 durch die Kugelpfanne 14 und das in dem Stutzen des Lenkgetriebegehäuses 2 lediglich axial geführte Druckstück 5 gehalten wird. Ein seitliches Kippen der Kugel 10 wird durch die vorbeschriebene Lagerung am Druckstück 5 verhindert.
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In 2 ist auf der linken Seite eine schematische Seitenansicht und auf der rechten Seite eine Draufsicht eines Druckstücks 15 eines zweiten Ausführungsbeispiels eines in 2 nicht näher gezeigten, erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkgetriebes dargestellt. Das Druckstück 15 unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Druckstück 5 im Wesentlichen dadurch, dass seitlich neben dem am Druckstück 15 drehbar gelagerten Wälzkörper 10 zusätzliche, in Richtung des Zahnstangenrückens 6 gerichtete Abstützelemente 16 vorgesehen sind. Wie 2 zu entnehmen ist, sind die Abstützelemente 16 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel stiftförmig ausgebildet. Sie dienen dazu, die Bewegungen, insbesondere Drehbewegungen, der Zahnstange 3 in dem Fall einzuschränken und die Zahnstange 3 somit an ihrem Zahnstangenrücken 6 abzustützen, in dem die Wälzkörperlagerung des Druckstücks 15 am Zahnstangenrücken 6 beschädigt und ihre eigentliche Funktion nicht mehr gegeben ist. Dies könnte zum Beispiel bei einer Beschädigung des Wälzkörpers 10 oder dessen Lagerung am Druckstück 15 oder auch einer Beschädigung der Lagerung des Druckstücks 15 im Lenkgetriebegehäuse 2 der Fall sein. Die Abstützelemente 16 stellen somit eine Sicherheitsvorkehrung für den zuvor genannten Fall dar.
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Eine schematische Seitenquerschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkgetriebes 17 ist in 3 dargestellt. Das Zahnstangenlenkgetriebe 17 unterscheidet sich im Wesentlichen von dem in 1 dargestellten Zahnstangenlenkgetriebe 1 dadurch, dass in den Zahnstangenrücken 6 der Zahnstange 3 zwei vertiefte, in axiale Richtung der Zahnstange 3 verlaufende, parallele Wälzkörperlaufbahnen 11 eingebracht sind und dementsprechend zwei Druckstücke 5 über jeweils einen Wälzkörper 10 am Zahnstangenrücken 6, wie bereits vorstehend bei der Erläuterung des in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels des Zahnstangenlenkgetriebes 1 beschrieben, wälzgelagert sind. Die Druckstücke 5 sind jeweils in der zuvor beschriebenen Weise am Lenkgetriebegehäuse 2 gelagert, zum Beispiel in ihrer jeweiligen axialen Richtung verschiebbar gleit- oder kugelgelagert.
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In 4 ist eine schematische Seitenquerschnittsansicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkgetriebes 18 dargestellt. Das Zahnstangenlenkgetriebe 18 unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Zahnstangenlenkgetriebe 1 im Wesentlichen dadurch, dass das Druckstück 5, an dem der Wälzkörper 10 drehbar gelagert ist, in einem weiteren Druckstück 19 aufgenommen ist und sich über dieses Druckstück 19 an dem Lenkgetriebegehäuse 2 abstützt. Wie der 4 zu entnehmen ist, ähnelt das Druckstück 19 in seiner Form den aus herkömmlichen Zahnstangenlenkgetrieben bekannten Druckstücken. Insbesondere weist es an der dem Zahnstangenrücken 6 zugewandten Fläche Abstützelemente 20 auf, die in an sich bekannter Weise als Abstützflächen entsprechend der Form des Zahnstangenrückens 6 ausgebildet sind. Auch diese Abstützelemente bzw. Abstützflächen 20 dienen wie die in 2 dargestellten Abstützelemente 16 lediglich als Sicherheitsvorkehrung für den Fall, dass eine Beschädigung der Wälzlagerung des Druckstücks 5 am Zahnstangenrücken 6 vorliegt, wie bereits bei der Beschreibung der 2 erläutert wurde. Die Abstützelemente 20 sind dann in der Lage, den Zahnstangenrücken 6 abzustützen und die Zahnstange 3 weiterhin in der Weise zu führen, wie es auch bei vorbekannten Zahnstangenlenkgetrieben der Fall ist.
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Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkgetriebes 18 ist das Druckstück 5 in einer zentralen Bohrung des Druckstücks 19 axial in Richtung der Zahnstange 3 bzw. dem Zahnstangenrücken 6 verschiebbar gelagert, zum Beispiel gleit- oder kugelgelagert. Die axiale Bewegung des Druckstücks 5 weg von dem Zahnstangenrücken 6 ist durch einen am Druckstück 5 vorgesehenen Endanschlag 7 begrenzt, der wie bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel über einen von außen in den Stutzen des Lenkgetriebegehäuses 2 einschraubbaren Verschluß 8 an dem Lenkgetriebegehäuse 2 abstützbar ist. Ferner ist das Druckstück 5 ebenso mittels eines zwischen dem Druckstück 5 und dem Verschluß 8 angeordneten Federelements 9 in Richtung der Zahnstange 3 elastisch vorgespannt. Bei der in 4 gezeigten Anordnung, bei der das Druckstück 5 in dem Druckstück 19 beispielsweise gleitgelagert ist, kann das Druckstück 19 zum Beispiel mittels einer Preßpassung in den Stutzen des Lenkgetriebegehäuses 2 eingepreßt sein. Es kann jedoch ebenso in dem Stutzen des Lenkgetriebegehäuses 2 axial verschiebbar gelagert sein, zum Beispiel gleit- oder kugelgelagert. Insbesondere kann bei einer axial verschiebbaren Lagerung des Druckstücks 19 im Stutzen des Lenkgetriebegehäuses 2 das Druckstück 5 in die Bohrung des Druckstücks 19 eingepreßt sein. Die weiteren Funktionsweisen des in 4 dargestellten Zahnstangenlenkgetriebes 18 wurden bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung des in 1 dargestellten Zahnstangenlenkgetriebes 1 beschrieben und gelten gleichwohl auch für dieses Ausführungsbeispiel.
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Ein wesentlicher weiterer Vorteil des in 4 dargestellten Zahnstangenlenkgetriebes 18 besteht darin, dass bereits vorhandene Zahnstangenlenkgetriebe ohne jegliche Veränderung am Lenkgetriebegehäuse 2 auf das erfindungsgemäße Zahnstangenlenkgetriebe 18 umgerüstet werden können.
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Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Zahnstangenlenkgetriebe ist nicht auf die hierin offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Zahnstangenlenkgetriebe nicht auf die hierin beschriebene Anzahl der Wälzkörper oder die Anzahl der in den Zahnstangenrücken eingebrachten Wälzkörperlaufbahn beschränkt. So können am Druckstück auch mehrere Wälzkörper drehbar gelagert sein, die zum Beispiel linear verteilt in einer einzigen Wälzkörperlaufbahn des Zahnstangenrückens geführt sind oder in am Umfang des Zahnstangenrückens verteilt angeordneten, getrennten Wälzkörperlaufbahnen. Selbstverständlich ist ebenso eine Kombination mehrerer Wälzkörper pro Wälzkörperlaufbahn und mehrerer am Zahnstangenumfang verteilter Wälzkörperlaufbahnen denkbar. Außerdem ist auch das Vorsehen mehrerer Druckstücke, die jeweils nur einen Wälzkörper drehbar lagern, möglich, wobei die Wälzkörper bzw. die Druckstücke wiederum in der zuvor beschriebenen Weise am Zahnstangenrücken angeordnet sein können. Darüber hinaus ist die Querschnittsform der Wälzkörperlaufbahn selbstverständlich nicht auf die hierin gezeigte ellipsoidale Querschnittsform beschränkt, sondern umfaßt jede andere für eine Wälzkörperlaufbahn geeignete Querschnittsform, zum Beispiel kreis-, keil- oder trapezförmig, rechteckig und dergleichen.
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In bevorzugter Ausführung wird das erfindungsgemäße Zahnstangenlenkgetriebe in einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, zur Übertragung der Lenkbewegungen eines Fahrzeugführers an die lenkbaren Fahrzeugräder verwendet, insbesondere bevorzugt zusammen mit einer elektrisch betriebenen Hilfskraftlenkung (EPAS) des Fahrzeugs.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zahnstangenlenkgetriebe
- 2
- Lenkgetriebegehäuse, Stutzen
- 3
- Zahnstange
- 4
- Verzahnungsabschnitt
- 5
- Druckstück
- 6
- Zahnstangenrücken
- 7
- Endanschlag
- 8
- Verschluß
- 9
- Federelement
- 10
- Wälzkörper
- 11
- Wälzkörperlaufbahn
- 12
- Seitliche Kanten von 11
- 13
- Lagerkugeln
- 14
- Kugelpfanne
- 15
- Druckstück
- 16
- Abstützelemente
- 17
- Zahnstangenlenkgetriebe
- 18
- Zahnstangenlenkgetriebe
- 19
- Druckstück
- 20
- Abstützelemente
- F
- Kraftpfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2007112276 A [0002]
- US 4531603 [0003]
- GB 1168191 A [0004]
- US 2002/0084136 A1 [0005]
- JP 2001260905 A [0008]
- JP 2001328547 A [0009]
- US 7032470 B2 [0010]
