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Die Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1.
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Eine derartige Zahnstangenlenkung ist aus der
JP H08 - 34 354 A bekannt.
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Zahnstangenlenkungen für Fahrzeuge sind in verschiedenen Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt. Aufgrund ihres Funktionsprinzips weisen alle Zahnstangenlenkungen ein Lenkgetriebe mit einer Zahnstange und einem Ritzel auf, wobei das Ritzel mit einem gezahnten Bereich der Zahnstange kämmt. Eine über das Lenkrad auf die Lenkwelle und das Ritzel aufgebrachte Rotationskraft wird dabei in eine Zahnstangen-Normalkraft umgewandelt und an lenkbare Räder eines Fahrzeugs weitergeleitet. Üblicherweise sind die Zahnstangenlenkungen heutzutage als hydraulische Hilfskraftlenkungen ausgebildet, die einen Fahrzeugführer beim Lenkvorgang unterstützen.
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Da im Lenkgetriebe mitunter beträchtliche Kräfte auftreten, wurde bereits recht früh erkannt, dass besondere Vorkehrungen zu treffen sind, um die Zahnstange in möglichst spielfreiem Eingriff mit dem Ritzel zu halten. Es besteht ansonsten die Gefahr, dass sich die Zahnstange unter Belastung vom Ritzel wegbewegt, indem sie sich quer zur Zahnstangenlängsrichtung verbiegt. Dabei würde es zumindest zu einer unerwünschten Erhöhung des Spiels in der Lenkung, im Extremfall sogar zu einem „Durchrutschen“ der Lenkung kommen.
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Um dies zu verhindern, wird im Bereich des Ritzels ein Druckstück eingesetzt, welches eine Verformung der Zahnstange verringern oder unterbinden soll. Das Druckstück ist dabei auf der dem Ritzel entgegengesetzten Seite der Zahnstange angeordnet und wird durch eine Schraubenfeder in eine klemmende Position zwischen der Zahnstange und einem Gehäuse beaufschlagt.
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Der Nachteil dieser Druckstücke ist, dass sie in axialer und/oder radialer Richtung am Gehäuse anschlagen können, wodurch es zu störenden Geräuschen wie Klappern oder Umlenkklopfen kommen kann. Um dem entgegen zu wirken und Stöße abzufangen, werden die Druckstücke beispielsweise mittels O-Ringen gelagert. Dies hat jedoch den Nachteil, dass hierdurch die Reibung erhöht und damit das Ansprechverhalten des Druckstücks beeinträchtigt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Zahnstangenlenkung bereitzustellen.
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Zur Lösung der Aufgabe ist eine Zahnstangenlenkung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgesehen. Die Zahnstangenlenkung weist ein Gehäuse, eine in dem Gehäuse verschiebbar gelagerte Zahnstange und ein Ritzel auf, das in die Zahnstange eingreift. Die Zahnstangenlenkung umfasst ferner eine Schelle und ein Federelement, das die Schelle relativ zum Gehäuse derart mit einer Vorspannkraft beaufschlagt, dass die Zahnstange gegen das Ritzel gedrückt wird. Auf diese Weise ist ein sicherer, spielfreier Eingriff der Zahnstange mit dem Ritzel gewährleistet.
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Erfindungsgemäß weist die Schelle ein erstes Ende, an dem das Federelement angreift, und ein entgegengesetztes zweites Ende auf, an dem die Schelle um eine Drehachse drehbar gelagert ist. Hierdurch wird die Schelle am ersten Ende durch die Federkraft beaufschlagt und schwenkt um die Drehachse an ihrem zweiten Ende, das wie ein Scharnier ausgebildet sein kann. Dabei ist die Wirkrichtung der Schelle parallel zur Richtung der Federkraft verschoben.
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Die Drehachse ist vorzugsweise parallel zur Längsachse der Zahnstange, insbesondere außerhalb der Zahnstange, angeordnet. Auf diese Weise kann eine homogene Kraftübertragung über die gesamte Kontaktfläche zwischen Zahnstange und Schelle bereitgestellt werden.
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Bevorzugt ist die Drehachse ortsfest im Gehäuse vorgesehen, wodurch die Schelle sicher befestigt und eine spielfreie Lagerung gewährleistet ist.
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Es ist von Vorteil, wenn die Vorspannkraft tangential zur Drehachse und senkrecht zur Längsachse der Zahnstange wirkt, da so die Zahnstange im Eingriff mit dem Ritzel gehalten wird, ohne dass sich hierbei die Zahnstange in einer Weise verformt, die die Lenkung beeinträchtigt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schelle am zweiten Ende in axialer Richtung der Drehachse breiter als am ersten Ende. Auf diese Weise kann die Stabilität der Schelle erhöht sowie deren Lagerung verbessert werden, sodass auch große Kräfte mittels der Schelle sicher auf die Zahnstange übertragbar sind.
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Die Schelle kann am zweiten Ende mit Lagerschalen befestigt sein.
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Erfindungsgemäß ist das Federelement auf der zur Drehachse entgegengesetzten Seite des Ritzels angeordnet. Hierdurch wird die Schelle durch das Federelement auf Zug beansprucht und eine besonders vorteilhafte Kraftübertragung auf die Zahnstange sichergestellt.
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Es ist von Vorteil, wenn die Schelle die Zahnstange, insbesondere auf der dem Ritzel entgegengesetzten Seite, zumindest abschnittsweise umgreift. Durch das Umgreifen kann eine besonders große Kontaktfläche zwischen der Schelle und der Zahnstange und damit eine besonders gute Kraftübertragung mit geringerem Druck bereitgestellt werden. Ferner ist die Zahnstange auf diese Weise sicher und formstabil zwischen Schelle und Ritzel gelagert, wodurch ein Verformen oder Durchrutschen der Zahnstange zuverlässig verhindert ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Federelement auf der zur Zahnstange entgegengesetzten Seite des Ritzels angeordnet. Hierdurch sind das Federelement und die Schelle auf entgegengesetzten Seiten des Ritzels angeordnet, wodurch deren erforderlicher Bauraum kleiner ausfällt und gleichmäßiger um die Zahnstange und das Ritzel verteilt werden können.
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Das Federelement weist vorzugsweise einen definierten maximalen Federweg auf, der durch Anschläge begrenzt ist. Somit weist die Zahnstangenlenkung eine minimale und/oder maximale Federkraft auf, die über die Schelle auf die Zahnstange aufgebracht werden kann. Ferner ist hierdurch die Strecke begrenzt, um die die Schelle geschwenkt werden kann.
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Das Federelement kann eine Feder, insbesondere eine Schraubenfeder sein und/oder ein Elastomer umfassen. Hierdurch kann das Federelement auf verschiedene Anforderungen der Zahnstangenlenkung abgestimmt werden.
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Es ist von Vorteil, wenn die Zahnstangenlenkung, vorzugsweise im Gehäuse, eine Einstellschraube aufweist, mittels der die Vorspannung durch das Federelement einstellbar ist. Somit kann die Vorspannung an unterschiedliche Anforderungen und Bedingungen angepasst sowie nachgestellt werden.
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Die Schelle ist bevorzugt ein Frästeil, ein Blechteil, ein Gussteil oder ein insbesondere glasfaserverstärktes Kunststoffteil, vorzugsweise verstärkt durch Sicken und/oder Bördelkanten. Auf diese Weise ist die Schelle kostengünstig herstellbar und weist eine hohe Stabilität auf.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- - 1 in einer schematischen Schnittansicht eine erfindungsgemäße Zahnstangenlenkung,
- - 2a in einer Vorderansicht eine erste Ausführungsform einer Schelle für die Zahnstangenlenkung aus 1,
- - 2b in einer Draufsicht die Schelle aus 2a,
- - 2c in einer Seitenansicht die Schelle aus 2a bzw. 2b,
- - 3a in einer Vorderansicht eine zweite Ausführungsform einer Schelle für die Zahnstangenlenkung aus 1,
- - 3b in einer Seitenansicht die Schelle aus 3a, und
- - 4a bis 4c in einer schematischen Darstellung verschiedene Ausführungsformen eines Federelements für die Zahnstangenlenkung aus 1.
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In 1 ist eine Schnittansicht einer Zahnstangenlenkung 10 gezeigt, bei der über ein Lenkgetriebe 12 eine über ein Lenkgestänge 14 weitergeleitete Lenkkraft auf lenkbare Räder eines Fahrzeugs übertragen wird. Das Lenkgetriebe 12 umfasst ein Gehäuse 16, in dem eine verschiebbar gelagerte Zahnstange 18 und ein Ritzel 20 angeordnet sind, wobei das Ritzel 20 mit einem gezahnten Bereich 22 der Zahnstange 18 kämmt. Im Gehäuse 16 sind auch eine Schelle 24 sowie ein Federelement 26 angeordnet, das auf die Schelle 24 eine Federkraft in Richtung F aufbringt.
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Die Längsachse R des Ritzels 20 ist in Richtung F gesehen senkrecht zur Längsachse Z der Zahnstange 18 angeordnet, wobei die Schnittebene der Ansicht in 1 parallel zur Längsachse R des Ritzels 20 und senkrecht zur Längsachse Z der Zahnstange 18 steht.
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Die Schelle 24 hat ein erstes Ende 28, an dem eine Anbindung 30 für das Federelement 26 vorgesehen ist, einen halbkreisförmig gebogenen Anlageabschnitt 32 und ein zum ersten Ende 28 entgegengesetzt angeordnetes zweites Ende 34, das ein Scharnier 36 bildet, mittels dem die Schelle 24 um eine Drehachse D drehbar gelagert ist.
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Das zweite Ende 34 der Schelle 24 ist breiter als das erste Ende 28, wobei sich die Schelle 24 in ihrem Anlageabschnitt 32 verjüngt (siehe 2a). Indem das zweite Ende 34 breiter ist, ist das Scharnier 36 in axialer Richtung der Drehachse D länger und damit stabiler.
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Die Schelle 24 ist ein Blechteil und weist zwei Sicken 38 auf, die sich im Wesentlichen vom ersten Ende 28 in Richtung des zweiten Endes 34 erstrecken und die Stabilität der Schelle 24 verbessern. Zusätzlich oder alternativ kann die Schelle 24 Bördelkanten zur Verstärkung aufweisen. Anstelle eines Blechteils kann die Schelle 24 auch ein Frästeil, ein Gussteil oder ein insbesondere glasfaserverstärktes Kunststoffteil sein.
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Die Schelle 24 weist ein in axialer Richtung der Drehachse D zentral angeordnetes Durchgangsloch 40 auf (siehe 2b), durch das sich das Ritzel 20 erstreckt. Auf diese Weise wird die Federkraft an beiden Seiten des Ritzels 20 symmetrisch vorbei geleitet. Alternativ kann die Schelle 24 ohne Durchgangsloch 40 ausgeführt sein, wobei die Schelle 24 in diesem Fall seitlich des Ritzels 20 verläuft.
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In 3a ist eine zweite Ausführungsform der Schelle 24 gezeigt, die anstelle eines Scharniers 36 zwei Lagerschalen 42 aufweist. Die Lagerschalen 42 sind an entgegengesetzten Enden am zweiten Ende 34 befestigt und ermöglichen es, die Schelle 24 um die Drehachse D drehbar zu lagern. Hierbei weist diese Ausführungsform mit zwei Lagerschalen 42 drei Anbindungspunkte im Vergleich zu den zwei Anbindungspunkten der Ausführungsformen mit dem Scharnier 36 auf.
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Die Schelle 24 ist auf der dem Ritzel 20 entgegengesetzten Seite der Zahnstange 18 angeordnet. Die Drehachse D verläuft dabei außerhalb von sowie parallel zur Längsachse Z der Zahnstange 18. Ferner ist die Drehachse D ortsfest an einer Stelle im Gehäuse 16 vorgesehen, die parallel zur Kraftrichtung F des Federelements 26 entlang der Längsachse R des Ritzels 20 verschoben ist.
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Die Schelle 24 erstreckt sich von der Drehachse D bis zur Anbindung 30, an der das Federelement 26 angreift, und umgreift die Zahnstange 18 mit dem Anlageabschnitt 32.
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Zwischen dem Anlageabschnitt 32 der Schelle 24 und der Zahnstange 18 ist eine gute Gleiteigenschaften aufweisende Zwischenlage 44 angeordnet, um die Anlage der Schelle 24 an der Zahnstange 18 und damit die Kraftübertragung zu verbessern.
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Das Federelement 26 umfasst eine Schellenanbindung 46, mittels der das Federelement 26 mit der Schelle 24 verbunden ist, sowie eine entgegengesetzt angeordnete Einstellschraube 48, die im Gehäuse 16 eingeschraubt ist und mittels der die Vorspannung des Federelements 26 einstellbar ist.
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Die Anbindung des Federelements 26 an der Schelle 24 kann durch Befestigungsmittel erfolgen. Alternativ kann die Schellenanbindung 46 des Federelements 26 auch einstückig mit der Anbindung 30 der Schelle 24 ausgeführt sein, oder die Schellenanbindung 46 kann mit der Anbindung 30 stoff- und/oder formschlüssig verbunden sein.
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In 1 ist die Schellenanbindung 46 des Federelements 26 mit der Anbindung 30 der Schelle 24 in einer Ebene verbunden, die parallel vor und/oder hinter der dargestellten Schnittebene liegt, und ist daher in dieser Ansicht nicht sichtbar.
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Das Federelement 26 umfasst ferner eine Feder 50, die zwischen der Einstellschraube 48 und der Schellenanbindung 46 angeordnet ist und die die Federkraft in Richtung F bereitstellt.
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Die Feder 50 ist eine auf Druck belastete Schraubenfeder, die mit einem axialen Ende an der Einstellschraube 48 und mit dem entgegengesetzten Ende an der Schellenanbindung 46 befestigt ist (siehe 4a). Hierzu greift die Schraube 48 über ein an ihr befestigtes Zugelement 51 an dem ihm entfernten Ende der Feder an. Die Schellenanbindung 46 hat ebenfalls ein Zugelement 52, welches an dem zur Schellenanbindung 46 entfernten Ende angreift. Alternativ kann anstelle der Schraubenfeder eine Bügelfeder vorgesehen sein, die den Vorteil aufweist, dass sie einen geringeren Bauraum erfordert.
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Die Feder 50 ist derart befestigt, beispielsweise mit Nut und Sicherungsring, dass die Feder 50 frei drehbar gelagert ist.
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In 4b ist ein Federelement 26 gezeigt, in dem ein Elastomer in Form eines O-Rings als Feder 50 zwischen einer Außenschale 54 und einer Hülse 56 vorgesehen ist. Der maximale Federweg ist hierbei durch die Anschläge 63, 65 der Außenschale 54 und der Hülse 56 definiert.
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In 4c ist ein Federelement 26 gezeigt, in dem ein Membran-Gummilager als Feder 50 vorgesehen ist. Das Membran-Gummilager ist im Gehäuse 16 befestigt und stellt vorzugsweise mehrere Stufen mit unterschiedlichen Federraten bereit. Der maximale Federweg wird bei dieser Ausführungsform durch die Anschläge 63, 65 bereitgestellt, wobei der Anschlag 63 an einer an der Einstellschraube 48 befestigten Scheibe 60 vorgesehen ist.
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Das Federelement 26 ist im Gehäuse 16 auf der Seite des Ritzels 20 vorgesehen, die sowohl entgegengesetzt zur Drehachse D als auch entgegengesetzt zur Zahnstange 18 liegt.
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Ferner ist das Federelement 26 derart ausgerichtet, dass die Richtung F der Federkraft sowohl senkrecht zur Längsachse R des Ritzels 20 als auch senkrecht zur Längsachse Z der Zahnstange 18 steht.
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Das Federelement 26 dient dazu, die Zahnstange 18 gegen das Ritzel 20 zu ziehen, um einen spielfreien Eingriff des gezahnten Bereichs 22 mit dem Ritzel 20 sicherzustellen. Hierzu greift die Feder 50 mit der Federkraft in Richtung F am ersten Ende 28 der Schelle 24 an und schwenkt diese um die Drehachse D in Drehrichtung V gegenüber dem Gehäuse 16.
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Über den Anlageabschnitt 32 wirkt auf diese Weise eine Vorspannkraft auf die Zahnstange 18, die tangential zur Drehachse D und senkrecht zur Längsachse Z der Zahnstange 18 steht und die Zahnstange 18 gegen das Ritzel 20 drückt.
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Mittels der Einstellschraube 48 kann diese Vorspannung ferner eingestellt und nachjustiert werden.
