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Die
Erfindung betrifft eine Anpressvorrichtung, insbesondere für ein Wälzkurvengetriebe
in einem Lenksystem, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die
DE 38 35 947 A1 beschreibt
ein als Zahnstangenlenkung für
ein Kraftfahrzeug ausgebildetes Lenksystem mit einer, in einem als
Gehäuse
ausgebildeten Gestell axial verschiebbar geführten Zahnstange. In das Gehäuse ist
ein drehfest mit einer Lenkhandhabe verbundenes Ritzel eingesetzt,
wobei das Ritzel mit einer Verzahnung der Zahnstange kämmt. Das
Ritzel bildet ein erstes und die Zahnstange ein zweites Getriebeglied.
Ein in dem Gehäuse
entlang einer Achse verschieblich angeordnetes Druckstück welches
mit einem Federungselement beaufschlagt ist und auf den Rücken der
Zahnstange wirkt, stellt eine Spielfreiheit zwischen dem Ritzel
und der Verzahnung der Zahnstange sicher.
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Zusätzlich ist
ein Nachstellelement in Reihe mit dem Federungselement angeordnet
und stellt eine Spielfreiheit der Anordnung von Druckstück und Federungselement
her. Auf diese Weise ist eine Anpressvorrichtung dargestellt, welche
Klappergeräusche
in dem Gehäuse
beim Betrieb des Lenksystems vermeidet. Die Anpressvorrichtung weist
eine Vielzahl von Bauteilen auf und der Bauraum der Anpressvorrichtung
ist nicht minimiert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anpressvorrichtung für Getriebeglieder
zu schaffen, die bei einfachem Aufbau einen geräuscharmen Betrieb der Getriebeglieder
bei einer in engem Bereich variierenden Anpresskraft ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird mit einer Anpressvorrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
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Anstatt
eine Anpressvorrichtung mit mehreren Einrichtungen zur Nachstellung
des Druckstücks
und zur Beaufschlagung mit einer Federkraft vorzusehen, weist die
Anpressvorrichtung ein Federungselement auf, das sowohl eine dauernde
Beaufschlagung des Druckstücks
mit einer in engem Bereich variierenden Federkraft ermöglicht,
als auch eine selbst nachstellende Funktion hat.
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Zu
diesem Zweck ist das Federungselement in axialer Richtung der Achse
des Druckstücks
betrachtet zwischen dem Druckstück
und einem Gestellbauteil an welchem das erste und zweite Getriebeglied
gehalten ist, angeordnet. Das Federungselement besteht aus Wälzkörpern, die
etwa quer zu der Achse des Druckstücks federbelastet sind und
sich jeweils zumindest an einer Schrägfläche abstützen. Die Schrägfläche ist
dabei jeweils schräg
zu der Achse des Druckstücks
mit sich radial zu der Achse hin öffnendem Winkel oder mit sich schräg von der
Achse weg öffnendem
Winkel ausgebildet. Entsprechend sind die Wälzkörper mit einer Feder in radialer
Richtung von der Achse weg oder zu der Achse hin federbelastet und
jeweils gegen die Schrägflächen gepresst.
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Sind
die Schrägflächen mit
sich radial zu der Achse des Druckstücks sich öffnendem Winkel angeordnet,
so ist es zweckmäßig, die
Feder so anzuordnen, dass diese sich an jeweils sich diametral zu
der Achse gegenüberliegenden
Wälzkörpern abstützt und
diese mit einer Federkraft beaufschlagt.
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Die
Schrägflächen gehen
jeweils mit einem bogenförmigen
Segment in eine etwa senkrecht zu der Achse des Druckstücks verlaufende
ebene Fläche über. Das
bogenförmige
Segment weist einen größeren Radius
als die sich an den Schrägflächen und
der ebenen Fläche
gleitenden und/oder abwälzenden
Wälzkörpern auf.
Die Schrägflächen können an
dem Druckstück,
an dessen, dem Gestellbauteil zugewandten Stirnfläche angeordnet
sein. Es kann auch zweckmäßig sein,
die Schrägflächen und
die ebene Fläche
in die die Schrägflächen mit
ihren bogenförmigen
Segmenten übergehen,
in dem Gestellbauteil anzuordnen.
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Das
jeweilige Bauteil (Druckstück
oder Gestellbauteil), welches dem die Schrägflächen tragenden Bauteil in axialer
Richtung der Achse des Druckstücks
gegenüberliegt,
weist bevorzugt eine ebene Stirnfläche auf, auf welcher die Wälzkörper gleiten
und/oder sich abwälzen.
An der Stirnfläche
können
Radialanschläge für die Wälzkörper angeordnet
sein.
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Bevorzugt
sind die Wälzkörper, zur
Minimierung von Kosten als kugelförmige Bauteile oder Kugeln ausgebildet.
Das Gestellbauteil, an dem sich das Federungselement abstützt, ist
bevorzugt eine Stellschraube, die in axialer Richtung zu dem Druckstück verstellbar
ist.
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Es
kann zweckmäßig sein,
anstatt der Stellschraube einen Deckel oder eine Traverse vorzusehen
und den Deckel in dem Gestell formschlüssig, vorzugsweise durch Verstemmen,
festzulegen. Das Gestell, in dem das erste und das zweite Getriebeglied
angeordnet ist, ist zweckmäßig als
vorzugsweise geschlossenes Getriebegehäuse ausge bildet. Wird die Anpressvorrichtung
in einer Zahnstangenlenkung eines Fahrzeugs eingesetzt, so kann
die Anpressvorrichtung vorteilhaft zum Gegeneinanderpressen eines
als Ritzel ausgebildeten ersten Getriebegliedes an ein zweites Getriebeglied
verwandt werden. Die Anpressvorrichtung lässt sich auch neben vielen
möglichen
Anwendungsbereichen zum Gegeneinanderpressen einer Schnecke und
eines Schneckenrades etwa in einer Servoeinheit einer elektrischen
oder hydraulischen Servo- oder Fremdkraftlenkung einsetzen.
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Es
ist zweckmäßig, das
Druckstück
auf ein radialverschieblich gelagertes Lager des ersten oder zweiten
Getriebegliedes wirken zu lassen.
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Durch
das erfindungsgemäße Federungselement
ist ein ständiger
Kontakt fester, metallischer Bauteile bewirkt, wodurch Schlaggeräusche im
Betrieb der Anpressvorrichtung vermieden sind. Eine in engen Grenzen variierende
und vorgebbare Anpresskraft bei gleichzeitiger Möglichkeit selbsttätiger Nachstellung
zum Zweck des Ausgleichs von Toleranzen durch Verschleiß oder Wärmedehnung
ist mit der Anpressvorrichtung ermöglicht.
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Ein
Ausführungsbeispiel
ist nachstehend anhand der Zeichnung gezeigt. In der Zeichnung zeigt:
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1 einen
teilweisen Querschnitt durch ein Zahnstangen – Lenksystem im Bereich der
Anpressvorrichtung,
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2 einen
teilweisen Querschnitt durch ein Schneckengetriebe mit Anpressvorrichtung,
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3 einen
Längsschnitt
durch die Anpressvorrichtung in 2.
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In 1 ist
in einem Querschnitt teilweise ein Lenksystem , welches als Zahnstangenlenkung
für ein Kraftfahrzeug
ausgebildet ist, gezeigt. Ein als Getriebegehäuse 26 ausgebildetes
Gestell 2 ist dabei in axialer Richtung zu einer Zahnstange 28 im
Bereich einer Anpressvorrichtung 1 dargestellt. Die Zahnstange 28 trägt eine
sich in axialer Richtung über
die Zahnstange 28 erstreckende Verzahnung 18,
die mit einem, am Ende einer Lenkwelle drehfest mit dieser verbundenen
Ritzel 27 in Eingriff ist.
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Das
Ritzel 27 ist in nicht näher dargestellter Weise in
dem Getriebegehäuse 26 drehbar
gelagert und bildet ein erstes Getriebeglied 3. In Abhängigkeit
von einer Drehung des Ritzels 27 an einer Lenkhandhabe
an der Lenkwelle verschiebt sich die Zahnstange 28 in axialer
Richtung. Die Zahnstange 28 bildet ein zweites Getriebeglied 4 und
ist mit Spurstangen und Radlenkhebeln mit lenkbaren Rädern des
Kraftfahrzeugs verbunden.
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Die
Verzahnung 18 der Zahnstange 28 wird mit Hilfe
eines Druckstückes 5,
welches entlang einer senkrecht zu der Längsachse 19 der Zahnstange 28 angeordneten
Achse 6 axialverschieblich in dem Getriebegehäuse 26 angeordnet
ist, gegen das Ritzel 27 gepresst. Das Druckstück 5 kann
zylinder- oder kubusförmig
gebildet sein und ist in einer Bohrung 20 des Getriebegehäuses 26 eingesetzt.
Die Bohrung 20 weist in ihrem axialen, der Zahnstange 28 zugewandten
Ende eine Öffnung 21 auf,
durch die ein Druckstückende 22 ragt,
welches gleitend auf der Zahnstange 28 aufliegt.
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Ein
Federungselement 7, welches in der Bohrung 20 eingesetzt
ist, stützt
sich an einem als ebene Fläche 14 ausgebildeten
Boden 23 des Druckstückes 5 ab.
In axialer Richtung der Achse 6 stützt sich das Federungselement 7 an
einem als Stellschraube 16 ausgebildeten Gestellbauteil 10 ab.
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Das
Federungselement 7 ist aus zwei sich diametral zu der Achse 6 gegenüberliegenden,
als Kugeln 15, 15' ausgebildeten
Wälzkörpern 8, 8' gebildet. Zwischen
den Wälzkörpern 8, 8' ist eine als
Schrauben-Druckfeder ausgebildete Feder 11 eingesetzt,
wobei der Radius der Schrauben-Druckfeder und der Radius Rw der Wälzkörper 8, 8' etwa gleich
ist.
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In
eine Stirnfläche 24 der
Stellschraube 16, welche dem Boden 23 des Druckstücks 5 mit
Abstand s gegenüberliegt,
ist eine kegelstumpfförmige
Eindrehung eingebracht. Die Eindrehung weist im gezeigten Querschnitt
sich jeweils mit einem radial zu der Achse 6 hin öffnenden
Winkel α ausgebildete
Schrägflächen 9, 9' auf.
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Die
Schrägflächen 9, 9' gehen, in radialer
Richtung zu der Achse 6 betrachtet, mit je einem bogenförmigen Segment 12 in
eine senkrecht zu der Achse 6 des Druckstücks 5 verlaufenden
Fläche 13 über. Der
Radius Rs der bogenförmigen Segmente 12 ist
dabei größer als
der Radius Rw der Wälzkörper 8, 8' oder Kugeln 15, 15'.
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Die
Tiefe der Eindrehung ist so gewählt,
dass sie kleiner als der Durchmesser der Wälzkörper 8, 8' ist. Dadurch
ist bewirkt, dass das Druckstück 5 sich
unabhängig
von dem jeweiligen, im Betrieb des Lenksystems zurückgelegten
Arbeitsweg, axial ausschließlich über die
Wälzkörper 8, 8' an der Stellschraube 16 abstützt.
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Im
Betrieb des Lenksystems wird die Zahnstange 28 und das
Druckstück 5 durch
Einleiten einer Lenkkraft auf das Ritzel 27 und/oder durch
auf die Zahnstange 28 wirkende Rückstellkräfte von den lenkbaren Fahrzeugrädern durch
den Verzahnungseingriffswinkel vom Ritzel 27 weggedrückt.
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Die
Kugeln 15, 15' werden
dadurch entgegen der Federkraft Ff der Feder 11 radial
zu der Achse 6 gedrückt.
Aufgrund der gewählten
geometrischen Größen des Öffnungswinkels α der Schrägflächen 9, 9' und dem Radius
Rs der bogenförmigen Segmente 12,
verändert
sich das Verhältnis
der Anpresskraft Fa des Druckstücks 5 zu
der Federkraft Ff in Abhängigkeit von dem jeweiligen
Berührpunkt
der Wälzkörper 8, 8' an den Flanken
der Stellschrauben-Eindrehung, wobei die Anpresskraft Fe des Druckstücks 5 mit
zunehmender Stauchung der Feder 11 ansteigt.
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Das
Federungselement 7 ermöglicht
eine ständige,
stoßfreie
Anlage des Druckstücks 5 über die
Wälzkörper 8, 8' an dem Getriebegehäuse 26,
wodurch Klappergeräusche
vermieden sind. Es sind dadurch Nachstellfunktion und Federfunktion
in einem einzigen Federungselement vereint. Das Federungselement
ist leicht zu montieren, baut klein und weist nur wenige Teile auf.
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Weitere
Ausführungsmöglichkeiten
der Anpressvorrichtung 1, etwa mit sich radial von der
Achse 6 des Druckstücks 5 weg öffnendem
Schrägflächen-Winkel α, mit in
Richtung auf die Achse 6 federbelasteten Wälzkörpern sind
möglich.
Es kann auch zweckmäßig sein,
die Schrägflächen oder
die kegelstumpfförmige
Eindrehung anstatt in der Stellschraube oder einem Gestellbauteil
in dem Druckstück
anzuordnen.
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Die
Anpressvorrichtung kann auch zu anderen Zwecken eingesetzt werden,
wie etwa zur Anpressung eines als Schnecke 29 ausgebildeten
ersten Getriebegliedes 3 gegen ein als Schneckenrad 30 ausgebildetes zweites
Getriebeglied 4 und umgekehrt (vgl. 2). In 2 ist
in einem Querschnitt entlang einer Achse 32 einer Schecke 29 ein
Schneckengetriebe gezeigt, das bevorzugt zur Kraftübertragung
eines Servomotors bei einem Lenksäulenantrieb, einem Ritzelantrieb
oder Doppelritzelantrieb einer elektrischen Servolenkung eingesetzt
wird.
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Eine
als erstes Getriebeglied 3 ausgebildete Schnecke 29 ist
in ein Getriebegehäuse 26 drehbar
in einem radialverschieblichen Lager 33 eingesetzt. Das
Lager ist an dem axialen Ende 34 der Schnecke angeordnet.
An dem, dem Ende 34 gegenüberliegenden Ende 35 der
Schnecke 29 ist diese in einem weiteren Lager 36 in
dem Getriebegehäuse 26 gehalten.
Die Schnecke 29 ist drehfest mit einem nicht gezeigten
Servomotor verbunden und mit einem Schneckenrad 30 in Eingriff.
Das Schneckenrad 30 bildet als zweites Getriebeglied 4 die
Abtriebsseite des Schneckengetriebes. Die Achse des Schneckenrades 30 ist
in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
senkrecht zu der Achse 32 der Schnecke 29 angeordnet.
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Um
Spielfreiheit im Verzahnungseingriff von Schnecke 29 und
Schneckenrad 30 unabhängig
von Verschleiß,
von Wärmedehnung
und dgl. im Betrieb des Schneckengetriebes sicherzustellen, ist
eine Anpressvorrichtung 1 in prinzipiell gleicher Aufbauweise
wie in 1 gezeigt in dem Getriebegehäuse 26 angeordnet.
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In 3 ist
die Anpressvorrichtung 1 in einer vergrößerten Darstellung in einem
Längsschnitt
entlang der Achse 6 des Druckstücks 5 gezeigt. Für gleiche
Bauteile gelten dieselben Bezugszeichen. Das Druckstückende 22 wirkt
auf das Lager 33 an dem axialen Ende 34 der Schnecke 29 und
presst die Schnecke 29 in radialer Richtung ihrer Achse 32 zu
dem Schneckenrad 30 hin. Zu diesem Zweck ist das Lager 33 radialverschieblich
in einer Kulissenführung
in dem Getriebegehäuse 26 gehalten.
Das Druckstück 5 stützt sich über das
Federungselement 7 und dessen Wälzkörper 8, 8' an einem Deckel 17 ab.
Der Deckel 17 ist mit einem Gehäuse 37, das das Druckstück 5,
das Federungselement 7 und den Deckel 17 zu einer
Einheit, einer Druckstückbaugruppe 38,
zusammenfaßt,
verstemmt. Der Deckel 17 ist über einen in einer Umfangsnut 39 des
Deckels 17 eingesetzten O-Ring 40 gegen das Gehäuse 37 abgedichtet.
Das axialverschieblich in dem Gehäuse 37 gehaltene Druckstück 5 ist
mit einem in eine Umfangsnut 41 in dem Druckstück 5 eingesetzten
O-Ring 42 gegen das Gehäuse 37 abgedichtet.
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In
dem in den 2 und 3 gezeigten
Ausführungsbeispiel
ist das Gehäuse 37 zylinderförmig ausgebildet
und in das Getriebegehäuse
dichtend eingeschraubt. Es kann auch zweckmäßig sein, das Druckstück auf ein
Lager des Schneckenrades 30 wirken zu lassen. Anstatt der
Anwendung der erfindungsgemäßen Anpressvorrichtung 1 zur
Anpressung von sich in formschlüssigem
Eingriff befindlichen Getriebegliedern, kann die Anpressvorrichtung
auch bei reibschlüssig
in Eingriff befindlichen Getriebegliedern angewandt werden.
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