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Die Erfindung betrifft ein Zahnstangengetriebe für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, mit einer Ritzelwelle sowie einer Zahnstange, die innerhalb eines Gehäuses gelagert sind wobei ein Druckstück unter Vorspannung die Zahnstange zur Ritzelwelle hin beaufschlagt und einen Führungsabschnitt für die Zahnstange aufweist.
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Bei Lenkgetrieben von Kraftfahrzeugen, insbesondere von PKWs, kommt normalerweise eine Zahnstangenlenkung zum Einsatz. Dabei wirkt eine Ritzelwelle, die durch das Lenkrad gedreht wird, mit einer Zahnstange zusammen, die wiederum auf die Spurstangen wirkt. Die Zahnstange wird über ein gefedertes Druckstück gegen das Ritzel der Ritzelwelle gepresst. Dabei sind sowohl die Ritzelwelle als auch die Zahnstange wenigstens teilweise innerhalb eines Lenkgetriebegehäuses angeordnet, in dem sie drehbar bzw. verschiebbar geführt sind. Um eine optimale Verzahnung des Ritzels mit der Zahnstange zu ermöglichen, müssen bei der Fertigung besonders geringe Toleranzen eingehalten werden. Dies betrifft zum einen z. B. einen Schrägungswinkel des Ritzels und der Zahnstange, zum anderen die Fertigung des Lenkgetriebegehäuses. Besonderes Augenmerk ist dabei auf den Winkel zu richten, in dem die Ritzelwelle an der Zahnstange angreift, insbesondere dessen auf die Y-Z-Ebene projizierter Anteil, welcher auch als Turmwinkel bezeichnet wird. Wird die Neigung der Ritzelwelle gegenüber der Zahnstange nicht optimal eingestellt, kann dies bspw. zu unerwünschten Klappergeräuschen führen oder auch zu übermäßiger Reibung und Verschleiß. Die entsprechenden Toleranzen einzuhalten, ist allerdings aufwendig und führt zu erhöhten Produktionskosten.
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Die
US 2014/0026694 A1 offenbart eine Zahnstangenlenkung mit einem Druckstück, das entlang einer Druckachse gegen eine Zahnstange angedrückt wird. Das Druckstück weist eine Führung für die Zahnstange entlang ihrer Zahnstangenachse auf, wobei eine Stelleinrichtung zur Verstellung der Führung des Druckstücks entlang einer Stellachse vorgesehen ist, die im Winkel zur Druckachse sowie zur Zahnstange Achse verläuft. Dabei kann die Führung an einem Stellteil ausgebildet sein, dass über einen Exzenter mit einem drehbeweglichen Drehteil verbunden ist. Durch Verdrehen des Drehteils erfolgt eine Lageänderung des Stellteils und somit der Führung.
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Die
US 2012/0248724 A1 zeigt einen Zahnstangenantrieb für eine Fahrzeuglenkung, bei dem eine Zahnstange mit einem Ritzel zusammenwirkt. An zwei bezüglich des Ritzels gegenüberliegenden Enden eines Gehäuses ist die Zahnstange durch ein Halterungsteil gehalten. Weiterhin ist ein Druckstück vorgesehen, dass die Zahnstange mit einer Kraft beaufschlagt. Dabei ist die Richtung der Kraftbeaufschlagung derart, dass eine Komponente in Richtung auf die Ritzelwelle wirkt, während eine andere Komponente quer hierzu wirkt, wodurch erreicht wird, dass die Zahnstange am jeweiligen Halterungsteil oberhalb oder unterhalb der Verzahnung anliegt.
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Die
US 8,555,741 B2 zeigt einen Zahnstangenantrieb, bei dem eine Zahnstange mit einem Ritzel zusammenwirkt, wobei beide innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind. Entlang der Verlaufsrichtung der Zahnstange versetzt zum Ritzel, ist innerhalb des Gehäuses ein Lagerring vorgesehen, in dem die Zahnstange gelagert ist. Dabei ist eine Innenkontur des Lagerrings exzentrisch bezüglich einer Außenkontur ausgebildet, so dass durch Verdrehen des Lagerrings eine Stellung der Zahnstange innerhalb des Gehäuses und relativ zum Ritzel veränderbar ist. Ein ähnlicher Aufbau ist aus der
US 7,775,135 B2 bekannt.
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Die
DE 100 04 710 A1 offenbart ein Zahnstangen-Lenkgetriebe mit einem in einem Lenkgehäuse drehbar gelagerten Antriebsritzel, das in eine im Lenkgehäuse axial verschiebbare Zahnstange eingreift. Das Lenkgetriebe weist ein als Druckstück ausgebildetes Lager mit einer exzentrischen Lagerschale auf, die die Zahnstange gegen das Antriebsritzel drückt. Die exzentrische Lagerschale besteht aus mindestens zwei Teilen die durch eine Elastomerschicht bzw. mechanisch miteinander verbunden sind oder aus einer Elastomerschicht bzw. einem Federelement bestehen, um eine reibungsreduzierte Lagerung der Zahnstange zu ermöglichen und fertigungsbedingte Toleranzen auszugleichen.
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Die
US 7,654,166 B2 offenbart einen weiteren Zahnstangenantrieb, bei dem eine Zahnstange über ein Druckstück in Richtung auf ein Ritzel mit Kraft beaufschlagt ist.
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Die Kraftbeaufschlagung des Druckstücks selbst erfolgt über zwei Elemente mit abgeschrägten Flächen, die über einen Spannring zusammengedrückt werden und mit abgeschrägten Flächen des Druckstücks auf einer von der Zahnstange abgewandten Seite zusammenwirken. Beim Zusammenbau werden die beiden Elemente zunächst durch einen zwischengeordneten Abstandhalter auseinandergehalten, der später herausgezogen wird, so dass die beiden Elemente durch den Spannring zusammengeführt werden. Durch das Zusammenspiel der abgeschrägten Flächen erfolgt die Beaufschlagung des Druckstücks.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Sicherstellung einer optimalen Verzahnung zwischen einer Ritzelwelle und einer Zahnstange noch Raum für Verbesserungen. Insbesondere wäre es wünschenswert, die Produktionskosten zu optimieren, ohne dass dies die Präzision beeinträchtigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstig zu fertigendes Zahnstangengetriebe mit präziser Verzahnung zur Verfügung zu stellen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Zahnstangengetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen 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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Durch die Erfindung wird ein Zahnstangengetriebe für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt. Insbesondere kann es sich bei dem Zahnstangengetriebe um ein Lenkgetriebe handeln. Das Kraftfahrzeug kann bspw. ein PKW oder ein LKW sein. Das Zahnstangengetriebe weist dabei eine Ritzelwelle sowie eine Zahnstange auf, die innerhalb eines Gehäuses gelagert sind. Im Falle eines Lenkgetriebes ist vorgesehen, dass die Ritzelwelle wenigstens indirekt mit einem Lenkrad verbunden wird. Die Ritzelwelle weist ein Ritzel mit einer umlaufenden Verzahnung auf, die mit einer entsprechenden einseitigen Verzahnung an der Zahnstange zusammenwirkt. Dabei kann eine gerade Verzahnung oder auch eine Schrägverzahnung zum Einsatz kommen. Sowohl die Ritzelwelle als auch die Zahnstange sind innerhalb eines Gehäuses gelagert, wobei die Ritzelwelle selbstverständlich drehbar gelagert ist, während die Zahnstange entlang ihrer Verlaufsrichtung verschiebbar gelagert ist.
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Dabei beaufschlagt ein Druckstück unter Vorspannung die Zahnstange zur Ritzelwelle hin und weist einen Führungsabschnitt für die Zahnstange auf. Ein solches Druckstück ist durch ein Federelement vorgespannt und zusammen mit diesem Federelement im Gehäuse gelagert. Entsprechend dieser Vorspannung übt das Druckstück eine Kraft auf die Zahnstange in Richtung auf die Ritzelwelle aus. Das Druckstück ist bevorzugt einstückig ausgebildet. Bevorzugt ist das Druckstück der Ritzelwelle bezüglich der Zahnstange gegenüberliegend angeordnet. Es sind allerdings auch Ausgestaltungen denkbar, bei denen kein separates Federelement vorgesehen ist, sondern die Vorspannung durch eine elastische Verformung des Druckstücks selbst erzeugt wird. Das Druckstück weist einen Führungsabschnitt für die Zahnstange auf, welcher selbstverständlich derart ausgebildet ist, dass er eine Verschiebung der Zahnstange entlang ihrer Verlaufsrichtung ermöglicht. Dabei bildet der Führungsabschnitt mit der Zahnstange einen teilweisen Formschluss, durch den Verschiebungen der Zahnstange gegenüber dem Druckstück quer zu ihrer Verlaufsrichtung minimiert bzw. verhindert werden.
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Erfindungsgemäß ist das Druckstück der Vorspannung folgend in einer Druckrichtung verschiebbar in einem Lagerteil gelagert, welches gegenüber dem Gehäuse derart verstellbar ist, dass eine Position des Druckstücks gegenüber dem Gehäuse im Winkel zur Druckrichtung sowie zu einer Verlaufsrichtung der Zahnstange einstellbar ist. Es ist also ein Lagerteil vorgesehen, in dem das Druckstück derart gelagert ist, dass es der Vorspannung folgend in einer Druckrichtung (gegenüber dem Lagerteil) verschiebbar ist. Anders ausgedrückt, soweit eine Position bzw. Bewegung der Zahnstange dies zulässt, kann sich das Druckstück der Vorspannung folgend innerhalb des Lagerteils in Druckrichtung verschieben. Hieraus ergibt sich, dass das Lagerteil keine entsprechende Verschiebung in Druckrichtung erfährt; es könnte bspw. in dieser Richtung gegenüber dem Gehäuse arretiert sein. Allerdings ist das Lagerteil gegenüber dem Gehäuse derart verstellbar, dass hierüber eine Position des Druckstücks gegenüber dem Gehäuse im Winkel zur Druckrichtung sowie zur Verlaufsrichtung der Zahnstange eingestellt werden kann. Die Einstellung erfolgt also weder parallel zur Druckrichtung noch zur Verlaufsrichtung. Dabei bedeutet „einstellbar“, dass die Position des Druckstücks innerhalb eines selbstverständlich immer vorhandenen Toleranzbereichs vorgegeben werden kann.
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Bevorzugt ist auch das Lagerteil einstückig ausgebildet, es sind allerdings auch mehrstückige Ausbildungen denkbar. Das Druckstück kann direkt innerhalb des Lagerteils gelagert sein oder ggf. auch indirekt, über wenigstens ein zwischengeordnetes Element.
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Durch die erfindungsgemäße Einstellbarkeit der Position des Druckstücks ist es möglich, eine Neigung der Zahnstange gegenüber der Ritzelwelle einzustellen. Dies resultiert daraus, dass das Druckstück mittels des Führungsabschnitts die Zahnstange führt. Bevorzugt ist die Zahnstange im Abstand zur Ritzelwelle, bspw. an einem Ende des Gehäuses, durch ein Lager geführt, das gewissermaßen als Drehpunkt einer Schwenkbewegung aufgefasst werden kann, die durch die Positionsveränderung des Druckstücks hervorgerufen wird. Derjenige Bereich der Zahnstange, der vom Druckstück erfasst ist, wird ebenfalls verschoben, wodurch sich die Neigung der Zahnstange gegenüber dem Gehäuse und somit auch gegenüber der Ritzelwelle verändert. Anders ausgedrückt, die exakte Position der Zahnstange innerhalb des Gehäuses und ihre Neigung gegenüber der Ritzelwelle sind nicht fertigungsseitig durch die Geometrie des Gehäuses exakt vorgegeben, sondern es besteht die Möglichkeit, diese - normalerweise im Zuge der Montage - einzustellen, und zwar insbesondere derart, dass eine optimale Verzahnung zwischen Ritzelwelle und Zahnstange erreicht wird. Charakterisiert man die Neigung durch einen (ein- oder zweidimensionalen) Winkelbereich, so wird durch die Einstellung ein gewisser Winkelbereich vorgegeben, der sich je nach Einstellung ändert. Bspw. könnte die Neigung bezüglich einer geeignet gewählten Achse bei einer Einstellung zwischen 0° und 1° liegen, während sie in einer anderen Einstellung zwischen 3° und 4° liegt. Insbesondere lässt sich hierdurch im Falle eines Lenkgetriebes auch der Turmwinkel, also die Projektion des Winkels zwischen der Ritzelwelle und der Zahnstange auf die Y-Z-Ebene, beeinflussen.
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Im Zuge der Montage kann die ideale Einstellung z. B. dadurch überprüft werden, dass eine Rollbewegung der Zahnstange oder ein vorhandenes Spiel des Druckstücks überwacht werden.
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Durch die genannte Einstellmöglichkeit können das Gehäuse sowie ggf. auch andere Teile mit größerer Toleranz gefertigt werden, wodurch sich die Produktionskosten senken lassen. Etwaige zusätzliche Kosten durch das Lagerteil können hingegen vergleichsweise gering sein, wie im Folgenden noch anhand von einzelnen Ausführungsformen verdeutlicht wird.
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Bevorzugt ist das Druckstück innerhalb einer Durchgangsöffnung des Lagerteils gelagert. D. h., das Lagerteil weist eine durchgehende Öffnung bzw. Ausnehmung auf, innerhalb der das Druckstück gelagert ist. Wenigstens ein Teil des Druckstücks ist innerhalb der Durchgangsöffnung angeordnet, wodurch das Druckstück wie oben beschrieben in Druckrichtung verschiebbar gelagert ist. Je nach Ausgestaltung kann das Druckstück vollständig durch die Durchgangsöffnung hindurchragen oder es kann lediglich in diese hineinragen. Dabei ist es möglich, dass ein Federelement, durch das die Vorspannung auf das Druckstück erzeugt wird, ebenfalls teilweise in die Durchgangsöffnung hineinragt und innerhalb derselben am Druckstück anliegt. Allgemeiner können das Federelement und das Druckstück wenigstens teilweise auf gegenüberliegenden Seiten der Durchgangsöffnung angeordnet sein. Bei der hier beschriebenen Ausgestaltung ist es besonders gut möglich, das Lagerteil vollständig von der Vorspannung zu entkoppeln. Durch diese Entkopplung ist es unter Umständen leichter möglich, im Zuge des Zusammenbaus die Verstellung des Lagerteils gegenüber dem Gehäuse vorzunehmen. Auch kann hierdurch eventuell vermieden werden, dass es nach dem Zusammenbau zu einer ungewollten Verstellung des Lagerteils durch die Kraft der Vorspannung kommt. Es müssen auch keine Vorkehrungen getroffen werden, die Position des Lagerteils in Druckrichtung zu sichern.
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Bevorzugt, bspw. bei einem Lenkgetriebe, ist die Verlaufsrichtung der Zahnstange horizontal und durch ein Verstellen des Lagerteils ist eine vertikale Position des Druckstücks einstellbar. Hierdurch kann wie oben bereits beschrieben die Neigung der Zahnstange verändert werden, was insbesondere den Turmwinkel beeinflussen kann. Je nach Ausgestaltung ist es möglich, dass durch die Veränderung der vertikalen Position zwangsläufig auch eine Veränderung der horizontalen Position erfolgt.
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Gemäß einer vorteilhaften und konstruktiv besonders einfachen Ausführungsform ist das Lagerteil als exzentrische Lagerbuchse ausgebildet, die gegenüber dem Gehäuse (normalerweise innerhalb des Gehäuses) in unterschiedlichen Winkelpositionen um das Druckstück anordenbar ist. Diese Ausführungsform ist im Allgemeinen auch besonders kostengünstig zu realisieren. Die Lagerbuchse nimmt hierbei das Druckstück auf. Die Lagerbuchse, die bspw. zylindrisch ausgebildet sein kann, weist eine innere Kontur zur (wenigstens indirekten) Aufnahme des Druckstücks auf und eine äußere Kontur, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sein und mit diesem bspw. wenigstens teilweise im Formschluss stehen kann. Die innere Kontur ist dabei bezüglich der äußeren Kontur exzentrisch ausgebildet (bzw. umgekehrt). Die innere Kontur ist zur Aufnahme des Druckstücks vorgesehen und kann bspw. einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Die äußere Kontur könnte einen polygonalen, z. B. sechseckigen oder achteckigen Querschnitt aufweisen. Am Gehäuse müsste dann eine entsprechende Ausnehmung mit polygonalem Querschnitt ausgebildet sein, in die die Lagerbuchse eingesetzt wird. Dabei könnte im Fall eines sechseckigen Querschnitts die Lagerbuchse in sechs unterschiedlichen Winkelpositionen um das Druckstück angeordnet werden, wobei aufgrund der exzentrischen Anordnung der inneren Kontur bezüglich der äußeren Kontur das Druckstück jeweils in einer anderen Position bezüglich des Gehäuses angeordnet ist. Dies wiederum führt zu einer unterschiedlichen Neigung der Zahnstange gegenüber dem Gehäuse und der Ritzelwelle. Durch die Veränderung der Winkelposition wird im Allgemeinen nicht nur eine Position senkrecht zur Verlaufsrichtung der Zahnstange verändert, sondern auch eine Position in Richtung der Verlaufsrichtung. Letzteres ist allerdings unproblematisch, da die Zahnstange in dieser Richtung gewissermaßen beliebig gegenüber dem Druckstück verschiebbar ist.
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Bevorzugt ist die Lagerbuchse in einer beliebigen Winkelposition anordenbar. Dabei weist die äußere Kontur bzw. die äußere Mantelfläche der Lagerbuchse einen kreisförmigen Querschnitt auf, so dass sie innerhalb einer entsprechenden Ausnehmung des Gehäuses beliebig ausgerichtet werden kann. Auf diese Weise kann selbstverständlich auch die vertikale Position des Druckstücks und somit die Neigung der Zahnstange variabler eingestellt werden als bei einer begrenzten Anzahl von Ausrichtungsmöglichkeiten der Lagerbuchse. Allerdings kann auch bei einem überwiegend kreisförmigen Außenquerschnitt bereichsweise eine Schlüsselfläche, bspw. ein Außensechskant oder dergleichen, vorgesehen sein, um einen Formschluss mit einem Werkzeug zu ermöglichen, mittels dessen die Lagerbuchse verstellt wird.
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Um zu verhindern, dass sich die Position der Lagerbuchse und somit die Neigung der Zahnstange während des Betriebs ungewollt verstellt, ist es bevorzugt, dass die Lagerbuchse innerhalb des Gehäuses in einer Winkelposition arretierbar ist. Bei einem polygonalen Querschnitt ist die Lagerbuchse ohnehin durch einen entsprechenden Formschluss verdrehsicher im Gehäuse aufgenommen. Bei einem kreisförmigen Querschnitt hingegen kann es notwendig sein, ein Arretierungselement vorzusehen, bspw. eine Arretierschraube, die seitlich an der Lagerbuchse angreift. In anderen Fällen kann ein Arretierungselement entbehrlich sein, bspw. dann, wenn die Reibung zwischen Lagerbuchse und Gehäuse ein Verdrehen verhindert.
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Aufgrund der Verschiebbarkeit des Druckstücks innerhalb des Lagerteils ist es in vielen Fällen unerheblich, wenn die Verdrehung des Lagerteils mit einer geringfügigen Verschiebung in Richtung der Drehachse einhergeht. Somit kann die Verstellung über eine Spiralbewegung erfolgen. Gemäß einer solchen Ausgestaltung weist die Lagerbuchse ein Gewinde auf, das mit einem Gegengewinde des Gehäuses zusammenwirkt. Unter Umständen kann hierbei zwischen den Gewinden ein Kraftschluss gegeben sein, der eine zusätzliche Arretierung unnötig macht. Bei dem Gewinde kann es sich um ein Außengewinde handeln, so dass die Lagerbuchse in das Gehäuse eingeschraubt ist. Alternativ wäre es aber auch denkbar, dass das Gewinde der Lagerbuchse ein Innengewinde und das Gegengewinde ein Außengewinde ist.
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Alternativ zu der oben beschriebenen Ausführungsform, bei der eine exzentrische Lagerbuchse in unterschiedlichen Winkelpositionen anordenbar ist, kann das Lagerteil gegenüber dem Gehäuse linear verstellbar sein. Das Lagerteil ist relativ zum Gehäuse (bevorzugt innerhalb des Gehäuses) kontinuierlich linear verschiebbar, wobei auch Ausführungsformen denkbar wären, in denen eine Mehrzahl von diskreten, linear aufeinanderfolgenden Positionen möglich ist. Die lineare Verschiebung kann hierbei insbesondere eine geradlinige Verschiebung sein, wenngleich bspw. auch eine Verschiebung entlang einer gekrümmten Bahn denkbar wäre. Durch die lineare Verschiebung des Lagerteils wird selbstverständlich das in diesem gelagerte Druckstück ebenfalls verschoben, wodurch die vorgesehene Veränderung der Neigung der Zahnstange erfolgt. Im Allgemeinen ist diese Ausführungsform konstruktiv etwas aufwendiger als diejenige mit einer exzentrischen Lagerbuchse, dafür ergibt sich hier ein eher linearer Zusammenhang zwischen dem Verstellweg und der hierdurch hervorgerufenen Veränderung der Neigung der Zahnstange. Um ein ungewolltes Verschieben des Lagerteils zu verhindern, kann bspw. ein Arretierungselement vorgesehen sein. Andererseits wäre es auch möglich, dass das Lagerteil über einen selbsthemmenden Antrieb (z. B. Spindeltrieb) verstellbar ist.
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Bevorzugt ist das Lagerteil innerhalb eines Führungskanals des Gehäuses angeordnet. Der Verlauf des Kanals entspricht dabei selbstverständlich der vorgesehenen Verstellvorrichtung und die Wandungen des Führungskanals bilden bevorzugt einen Formschluss mit dem Lagerteil, um dessen Führung zu gewährleisten. Endseitig des Führungskanals können Anschläge für das Lagerteil ausgebildet sein, die vorgesehenen Extrempositionen entsprechen.
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Wie bereits angedeutet, ist das Lagerteil bevorzugt gegenüber dem Gehäuse arretierbar. Hierzu kann insbesondere ein Arretierungselement vorgesehen sein wie bspw. eine Arretierschraube, die durch eine Wandung des Gehäuses gegen das Lagerteil geschraubt wird, um einen Kraftschluss mit diesem herzustellen. Selbstverständlich könnte auch ein Formschluss über einen Sicherungsstift hergestellt werden. Auch eine stoffschlüssige Sicherung wäre denkbar. So könnte bspw. bei einer Lagerbuchse mit Außengewinde eine flüssige Schraubensicherung verwendet werden, um ein Verdrehen gegen ein Innengewinde des Gehäuses zu verhindern.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von unterschiedlichen, in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2 eine Schnittdarstellung des Lenkgetriebes aus 1;
- 3 eine Schnittdarstellung entlang der Linie III-III in 2;
- 4 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes gemäß einer zweiten Ausführungsform; sowie
- 5 eine Schnittdarstellung entlang der Linie V-V in 4.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 - 3 zeigen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes 1 für einen PKW, das als Zahnstangengetriebe ausgebildet ist, wobei 1 eine perspektivische Darstellung des gesamten Lenkgetriebes 1 zeigt. Dieses umfasst eine Ritzelwelle 10 mit einem Ritzel 11, das mit einer Zahnung 31 einer Zahnstange 30 zusammenwirkt. In den Figuren sind die X-, Y- sowie Z-Achse des Fahrzeugs entsprechend der vorgesehenen Einbauposition des Lenkgetriebes 1 eingezeichnet. Erkennbar ist eine Verlaufsrichtung A der Zahnstange 30 parallel zur Y-Achse und somit horizontal, während eine Verlaufsrichtung B der Ritzelwelle 10 (wenigstens näherungsweise) innerhalb der X-Z-Ebene oder auch im Winkel zu allen drei Achsen verlaufen kann. Sowohl die Ritzelwelle 10 als auch die Zahnstange 30 sind innerhalb eines Gehäuses 40 gelagert. Dabei ist eine Verschiebbarkeit der Zahnstange 30 in Richtung der Y-Achse gegeben sowie eine Drehbarkeit der Ritzelwelle 10 um eine ihrer Verlaufsrichtung B entsprechende Achse.
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Die drehbare Lagerung der Ritzelwelle 10 ist über drei Lager 12, 13, 14 realisiert, bspw. Wälzlager, die stationär innerhalb des Gehäuses 40 aufgenommen sind. Im Abstand zur Ritzelwelle 10 wirkt eine Servo-Baugruppe 50 mit der Zahnstange 30 zusammen. Aufbau und Funktionsweise der Servo-Baugruppe 50 sind nicht erfindungswesentlich und werden insoweit nicht weiter erläutert. Allerdings ist im Bereich der Servo-Baugruppe 50 eine Lagerstelle 51 für die Zahnstange 30 gebildet, an der diese gegenüber dem Gehäuse 40 gelagert ist.
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Um den Eingriff zwischen der Zahnung 31 und dem Ritzel 11 zu verbessern, ist die Zahnstange 30 durch ein Druckstück 43 zur Ritzelwelle 10 hin beaufschlagt. Außerdem ist am Druckstück 43 ein Führungsabschnitt 43.1 für die Zahnstange 30 ausgebildet. Dieser bildet einen teilweisen Formschluss mit der Zahnstange 30, wodurch sie entlang ihrer Verlaufsrichtung A verschiebbar ist, während Verschiebungen quer zur Verlaufsrichtung A minimiert bzw. verhindert werden. Das Druckstück 43 ist wiederum in einer Druckrichtung D durch eine Feder 42 beaufschlagt, die sich an einem Verschluss 41 abstützt. Trotz dieser Maßnahme besteht ein potentielles Problem darin, dass die Verzahnung zwischen Ritzelwelle 10 und Zahnstange 30 nicht optimal ist, was bspw. zu unerwünschten Klappergeräuschen führen kann. Ob diese auftreten, hängt insbesondere von der Neigung der Ritzelwelle 10 innerhalb des Gehäuses 40 gegenüber der Zahnstange 30 ab. Dabei können schon geringe Änderungen der Neigung den Eingriff entscheidend beeinflussen.
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Um zu vermeiden, dass das Gehäuse 40 mit einer besonders hohen geringen Toleranz gefertigt werden muss, ist eine Position des Druckstücks 43 einstellbar. Genauer könnte man davon sprechen, dass wenigstens anteilig eine vertikale Position des Druckstücks 43 einstellbar ist. Hierzu ist das Druckstück 43 innerhalb einer Lagerbuchse 45 gelagert, die eine kreisförmige äußere Kontur 45.1 sowie eine exzentrisch hierzu ausgebildete ebenfalls kreisförmige innere Kontur 45.2 aufweist. Aufgrund der kreisförmigen Ausgestaltung der äußeren Kontur 45.1 ist die Lagerbuchse 45 in einer beliebigen Winkelposition um das Druckstück 43 herum anordenbar. Dies entspricht einer durch den Doppelpfeil in 3 angedeuteten Einstellbewegung E. Je nach Einstellung verlagert sich die innere Kontur 45.2 und somit das darin aufgenommene Druckstück 43. Da das Druckstück 43 über den Führungsabschnitt 43.1 an der Zahnstange 30 eingreift, verändert sich auch die Neigung der Zahnstange 30. Insofern kann der Einstellvorgang mit einer Schwenkbewegung verglichen werden, bei der die Lagerstelle 51 den Drehpunkt bildet und der Schwenkwinkel durch die Verstellung des Druckstücks 43 vorgegeben wird. Insgesamt sind etwaige Bewegungen des Druckstücks 43 entlang der Druckrichtung D von der Lagerbuchse 45 entkoppelt. Das Druckstück 43 ist in der Druckrichtung D verschiebbar in der Lagerbuchse 45, genauer gesagt in einer Durchgangsöffnung 45.3 derselben, angeordnet.
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Da die Verstellung der Lagerbuchse 45 insgesamt eine Kreisbewegung des Druckstücks innerhalb der in 3 gezeigten Schnittebene hervorruft, ist im Allgemeinen anteilig auch eine Verschiebung des Druckstücks 43 entlang der Verlaufsrichtung A gegeben. Diese trägt zwar nicht zur Veränderung der Neigung der Zahnstange 30 bei, ist allerdings auch nicht kontraproduktiv, da das Druckstück 43 in dieser Richtung frei entlang der Zahnstange 30 verschiebbar ist (bzw. umgekehrt).
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Unter Umständen kann die Reibung zwischen der Lagerbuchse 45 und dem Gehäuse 40 ausreichend sein, um während des Betriebes des Fahrzeugs ein ungewolltes Verdrehen zu verhindern. Falls dies nicht so ist, kann die Lagerbuchse durch eine Arretierschraube 16 gegenüber dem Gehäuse 40 arretiert werden, nachdem die optimale Winkelposition gefunden wurde. Um das Einstellen der Winkelposition zu erleichtern, kann die Lagerbuchse 45 endseitig Strukturen für den formschlüssigen Eingriff mit einem Werkzeug aufweisen, bspw. einen Innensechskant oder dergleichen.
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Während die äußere Kontur 45.1 glatt ausgebildet sein kann, kann dort alternativ einen Außengewinde ausgebildet sein, das mit einem entsprechenden Innengewinde am Gehäuse 40 zusammenwirkt. In diesem Fall kann unter Umständen auf die Arretierschraube 16 verzichtet werden und es kann falls nötig eine flüssige Schraubensicherung eingesetzt werden.
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4 und 5 zeigen eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes 1, dass im Wesentlichen der in 1 - 3 gezeigten Ausführungsform entspricht und insoweit nicht nochmals erläutert wird. Statt der exzentrischen Lagerbuchse 45 weist das Lenkgetriebe 1 zur Lagerung des Druckstücks 43 ein Lagerteil 46 auf. In einer Durchgangsöffnung 46.1 des Lagerteils 46 ist das Druckstück 43 in Druckrichtung D verschiebbar gelagert. Das Lagerteil 46 ist innerhalb eines Führungskanals 40.1 des Gehäuses 40 linear verstellbar, wobei der Doppelpfeil in 5 wiederum die Einstellbewegung E angibt. Bei dieser Ausführungsform sind die Reibungskräfte zwischen dem Lagerteil 46 und dem Gehäuse 40 normalerweise nicht ausreichend, um eine ungewollte Verschiebung während des Betriebs des Fahrzeugs zuverlässig zu verhindern. Aus diesem Grund muss im Allgemeinen eine in 5 erkennbare Arretierschraube 17 vorgesehen werden, durch die das Lagerteil 46 arretiert wird, nachdem eine optimale Neigung der Zahnstange 30 eingestellt wurde.
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Während beim ersten Ausführungsbeispiel eine Verstellung der Position des Druckstücks 43 senkrecht zur Verlaufsrichtung A der Zahnstange 30 im Allgemeinen immer von einer Verstellung parallel zur Verlaufsrichtung A begleitet ist, erfolgt die Verstellung bei diesem Ausführungsbeispiel stets senkrecht zur Verlaufsrichtung A sowie zur Druckrichtung D und entspricht der Verlaufsrichtung B der Ritzelwelle. Dies ist insofern vorteilhaft, als der Zusammenhang zwischen einem Verstellweg und der hierdurch hervorgerufenen Änderung der Neigung der Zahnstange 30 näherungsweise linear ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkgetriebe
- 10
- Ritzelwelle
- 11
- Ritzel
- 12, 13, 14
- Lager
- 16, 17
- Arretierschraube
- 30
- Zahnstange
- 31
- Zahnung
- 40
- Gehäuse
- 40.1
- Führungskanal
- 41
- Verschluss
- 42
- Feder
- 43
- Druckstück
- 45
- Lagerbuchse
- 45.1
- äußere Kontur
- 45.2
- innere Kontur
- 45.3, 46.1
- Durchgangsöffnung
- 46
- Lagerteil
- 50
- Servo-Baugruppe
- 51
- Lagerstelle
- A, B
- Verlaufsrichtung
- D
- Druckrichtung
- E
- Einstellbewegung
- X
- X-Achse
- Y
- Y-Achse
- Z
- Z-Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2014/0026694 A1 [0003]
- US 2012/0248724 A1 [0004]
- US 8555741 B2 [0005]
- US 7775135 B2 [0005]
- DE 10004710 A1 [0006]
- US 7654166 B2 [0007]
