DE10258807A1

DE10258807A1 - Zahnstangenlenkgetriebe, insbesondere für eine Servolenkung

Info

Publication number: DE10258807A1
Application number: DE2002158807
Authority: DE
Inventors: Horst Hoffmann
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-07-15

Abstract

Zahnstangengelenkgetriebe, insbesondere für eine Servolenkung, mit einem Lenkgetriebegehäuse (2) und einem Ritzel (5), das in das Lenkgetriebegehäuse (2) eingesetzt ist, und mit einer Zahnstange (3), die mit ihrer Verzahnung (4) mit dem Ritzel (5) in Eingriff steht und in Abhängigkeit von einer Drehung des Ritzels (5) in dem Lenkgetriebegehäuse (2) axial verschiebbar gelagert ist, wobei die Zahnstange (3) im Bereich ihrer Verzahnung (4) einen sich axial erstreckenden Hohlraum (10) aufweist, der ausschließlich als Ölreservoir für die Schmierung des Lenkgetriebes dient.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnstangenlenkgetriebe, insbesondere für eine Servolenkung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Zahnstangenlenkgetriebe konventioneller Bauart und solche, die durch eine hydraulische oder elektrische Servoeinheit unterstützt oder durch Fremdkraft gelenkt werden, sind aus "Servolenksysteme für PKW und Nutzfahrzeuge" Verlag Moderne Industrie, 2001, S.21-61 bekannt.

Ein Zahnstangenlenkgetriebe besteht im wesentlichen aus einer Übersetzungsmechanik, beispielsweise einer Zahnstange und einem Antriebsritzel. Diese Übersetzungsmechanik ist in einem zylinderförmigen Lenkgetriebegehäuse integriert. Das Antriebsritzel ist direkt oder indirekt mit der Lenkhandhabe verbunden. An seinem unteren Ende weist das Ritze) eine Verzahnung auf, die in eine entsprechende Verzahnung der Zahnstange eingreift. Auf diese Weise wird die Drehbewegung des Lenkhandrades und damit des Ritzels in eine Seitwärtsbewegung der Zahnstange, dem so genannten Zahnstangenhub, umgesetzt. Der Zahnstangenhub wird dann auf die beiden Spurstangen übertragen, die über weitere Lenkhebel für eine entsprechende Schwenkbewegung der Räder sorgen.

Derartige Zahnstangenlenkgetriebe mit Zahnstangenhub sind bekanntermaßen mit einer Lebensdauer-Schmierfettfüllung versehen. Treten im Betrieb hohe Lenkmomente und Lenkgeschwindigkeiten, wie zum Beispiel bei einer durch einen Elektromotor unterstützten Servo- oder Hilfskraftlenkung, auf, kann es zu erhöhtem Verschleiß und Fressen kommen, was eine Vergrößerung des Lenkspiels zur Folge hat und zu störenden Betriebsgeräuschen des Zahnstangenlenkgetriebes führt.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Lösung liegt das Problem zugrunde, ein Zahnstangenlenkgetriebe der eingangs angegebenen Art zu konzipieren, bei wel chem der Verschleiß des Zahnstangenlenkgetriebes bei einer hohen Betriebssicherheit minimiert ist.

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Um die Schmierung des Zahnstangenlenkgetriebes im gesamten Betriebstemperaturbereich (–40°C bis 130°C) zu verbessern, weist die Zahnstange im Bereich ihrer Verzahnung einen sich axial erstreckenden Hohlraum auf, der als Ölreservoir dient.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß das Schmieröl oder Schmierfett bedarfsgerecht an die Übersetzungsmechanik abgegeben wird und insbesondere bei einer Beschädigung der Faltenbälge, die das Lenkgehäuse zu den Spurstangen abdichten, Schmieröl oder Schmierfett nicht an die Umgebung abgegeben wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiele der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein Zahnstangenlenkgetriebe;
2 einen Schnitt durch das Verzahnungssegment der Zahnstange;
3 eine Draufsicht auf das Verzahnungssegment der Zahnstange mit Oberflächenöffnungen im Bereich der Zahnfüße;
4 eine Draufsicht auf das Verzahnungssegment der Zahnstange mit andersartigen Oberflächenöffnungen.
Im wesentlichen gleiche Teile in den unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In der 1 ist ein Längsschnitt durch einen Ausschnitt eines Zahnstangenlenkgetriebes 1 dargestellt. Zum Verständnis der Erfindung sind hier die wesentlichen Kom ponenten und Teile eines Zahnstangenlenkgetriebes 1 gezeigt, wobei in einem zylinderförmig ausgebildeten Getriebegehäuse 2 eine Zahnstange 3 in beide Richtungen längs verschiebbar gelagert ist. Ein Antriebsritzel 5 ist einerseits über die Lenksäule 6 mit der Lenkhandhabe 7 verbunden und andererseits stehen seine Zähne im ständigen Eingriff mit der Verzahnung 4 der Zahnstange 3, wodurch die durch den Fahrer in die Lenkhandhabe 7 eingeleitete Drehbewegung in eine Längsverschiebebewegung umgewandelt wird. Beide Enden der Zahnstange 3 sind mit den Spurstangen 8 verbunden, die in beliebigen geometrischem Aufbau und entsprechend beliebig zwischengeschalteten weiteren Lenkhebeln, die axiale Verschiebebewegung auf die lenkbaren Räder des Fahrzeuges übertragen. Zur Abdichtung des Lenkgetriebegehäuses 2 gegenüber den Spurstangen 8 sind beidseitig Faltenbälge 9 vorgesehen.
Wie in 2 zu erkennen weist die Zahnstange 3 im Bereich ihrer Verzahnung 4 einen sich axial erstreckenden Hohlraum 10 auf, der als Ölreservoir genutzt wird. Hierzu wird beispielhaft zur Herstellung der Zahnstange 3 ein rohrförmiger Zahnstangenrohling verwendet, der bedarfsgerecht stirnseitig verschlossen ist. Zum Zahnstangen 3 – Ritze) 5 – Verzahnungseingriff gelangt das Schmieröl durch als Verbindungskanäle dienende Oberflächenöffnungen 11, die in den Zahnfüßen der Verzahnung 4 der Zahnstange 3 integriert sind (3). Die Zahnstange 3 kann im Bereich der Verzahnung 3 auch porös ausgebildet sein.
Ist das Antriebsritzel 5 unterhalb der Zahnstange 3 angeordnet wird zum Öltransport die Schwerkraft ausgenutzt. Ist das Antriebsritzel 5 hingegen oberhalb der Zahnstange 3 angeordnet, kommen Mittel, die in den Oberflächenöffnungen 11 eingesetzt werden und bis in das Ölreservoir reichen, zum Einsatz, die die Eigenschaft besitzen, das im Inneren enthaltene Öl nach und nach und fortlaufend an die Oberfläche abzugeben. Dazu eignet sich etwa ein Fasermaterial, wie Filz, Dochtöler oder ein Material mit einer festen Harz – Schmier – Struktur.
Ausschließlich oder zusätzlich kommt in einem anderen Anwendungsfall eine Ölpumpe zum Einsatz.
Bei dieser Anordnung des Ritzels 5 oberhalb der Zahnstange 3 wird die Schwerkraft vorteilhaft genutzt überschüssiges Öl wieder in das Ölreservoir zurückzuführen. Durch den formschlüssigen Verzahnungseingriff der Zähne des Ritzels 5 in die Verzahnung 4 der Zahnstange 3 wird das in den Verzahnungsbereich 4 der Zahnstange 3 ausgetretene Schmieröl gleichmäßig verteilt und es bildet sich ein gleichmäßiger Schmierfilm.
In einem weiteren Anwendungsfall ist der axiale Hohlraum 10 und die Oberflächenöffnungen 11 der Zahnstange 3 mit einem porösen Material 12 ausgefüllt, dessen Poren 13 mit Schmieröl imprägniert sind. Beispielhaft wird ein Sintermetall aus Eisen und/oder Bronze als Hauptbestandteile eingesetzt. Es ist jedoch möglich auch andere Materialien, wie gesintertes Siliciumcarbit oder poröse Keramik- oder Kunststoffteile einzusetzen.
Durch dieses ölimprägnierte Material wird eine Ölzirkulation erreicht. Einerseits wird Öl durch die Kapillarwirkung der Poren 13 an die Oberfläche und andererseits durch andere Poren wieder zu dem Ölreservoir zurück gefördert.
Der Prozentsatz der Poren 13 liegt bei den Anwendungsfällen zwischen 5 und 30 %.
Eine andere Möglichkeit die Oberflächenöffnungen 11 / Poren 13 anzuordnen ist in der 4 aufgezeigt. Die Verzahnung 4 ist in axiale Richtung geteilt und in den so entstandenen Spalt werden diese Öffnungen integriert oder die Öffnungen befinden sich an den Verbindungsbereichen Verzahnung 4 – Grundkörper 14 der Zahnstange 3. Dabei ist es möglich jeweils eine Anordnung zu wählen oder diese in Kombination anzuwenden.
Dem porösen Material 12 ist in einem anderen Anwendungsfall im Bereich der Oberflächenöffnungen 11 ein Festschmierstoff beigemengt. Geeignet hierfür sind Graphit, Bornitrid, Polytetrafluoräthylen (PTFE), Molybdänsulfid oder Wolframdisulfid.
Die Art der Schmierung eines Zahnstangenlenkgetriebes 1 ist beispielhaft an einer Zahnstangenlenkung dargestellt. Es ist jedoch denkbar sie auch bei einer Kugelmutter – Lenkung einzusetzen. Unabhängig davon, kann das Schmiersystem bei einer konventionelle Lenkung, bei einer hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch unterstützten oder bei einer Fremdkraft – Lenkung angewendet werden. Insbesondere bei dem Einsatz eines Elektromotors zur Einleitung der Hilfs- bzw. Fremdkraft in das Lenksystem, kann eine solches Schmiersystem auch bei anderen miteinander korrespondierenden Bauteilen des Lenkgetriebes eingesetzt werden.

Claims

Zahnstangenlenkgetriebe, insbesondere für eine Servolenkung, mit einem Lenkgetriebegehäuse (2) und einem Ritzel (5) das in das Lenkgetriebegehäuse (2) eingesetzt ist, und mit einer Zahnstange (3), die mit ihrer Verzahnung (4) mit dem Ritzel (5) in Eingriff steht und in Abhängigkeit von einer Drehung des Ritzels (5) in dem Lenkgetriebegehäuse (2) axial verschiebbar gelagert ist und dass die Zahnstange (3) im Bereich ihrer Verzahnung (4) einen sich axial erstreckenden Hohlraum (10) aufweist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – der sich axial erstreckenden Hohlraum (10) dient ausschließlich als Ölreservoir für die Schmierung des Lenkgetriebes, – die Zahnstange (3) weist im Bereich ihrer Verzahnung (4) Oberflächenöffnungen (11) auf, die als Verbindungskanäle zu der Zahnstangen Ritzelpaarung dienen.
Zahnstangenlenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Oberflächenöffnungen (10) Mittel zur Förderung von Schmieröl integriert sind, die bis in das Ölreservoir hinein ragen.
Zahnstangenlenkgetriebe nach einem der Ansprch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (10) und die Oberflächenöffnungen (11) in der Zahnstange (3) mit einem porösen Material (12) ausgefüllt sind, dessen Poren (13) mit Schmieröl oder Schmierfett imprägniert sind.
Zahnstangenlenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenöffnungen (11) als Durchbrüche im Bereich der Zahnfüße der Zahnstange (3) angeordnet sind.
Zahnstangenlenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (3) im Bereich ihrer Zahnfüße porös ausgebildet ist.
Zahnstangenlenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (4) der Zahnstange (3) axial geteilt ist und in dem so gebildeten Spalt die Oberflächenöffnungen (11) angeordnet sind.
Zahnstangenlenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenöffnungen (11) überwiegend an den Verbindungsbereichen Verzahnungsteil (4) und dem Grundkörper (14) der Zahnstange (3) gebildet werden.
Zahnstangenlenkgetriebe nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem porösem Material (12) im Bereich der Oberflächenöffnungen (11) ein Festschmierstoff beigemengt ist.