DE10258842A1

DE10258842A1 - Zahnstangenlenkgetriebe, insbesondere für eine Servolenkung

Info

Publication number: DE10258842A1
Application number: DE2002158842
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
Anticipated expiration: 2022-12-18
Also published as: DE10258842B4

Abstract

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, wobei die Zahnstange (3) im Bereich ihrer Verzahnung (4) partielle Ausnehmungen (11) aufweist, die mit einem porösen Material (12) ausgefüllt sind, dessen Poren (13) mit Schmieröl oder Schmierfett imprägniert sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnstangenlenkgetriebe, insbesondere für eine Servolenkung, nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 6.

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 Ritzel 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 in den Patentansprüchen 1 und 6 angegebenen Lösungen liegt das Problem zugrunde, ein Zahnstangenlenkgetriebe der eingangs angegebenen Art zu konzipieren, bei welchem der Verschleiß des Zahnstangenlenkgetriebes bei einer hohen Betriebssicherheit minimiert ist.

Dieses Problem wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 6 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 Ausnehmungen auf, die mit einem porösen Material ausgefüllt sind, dessen Poren mit Schmieröl oder Schmierfett imprägniert sind oder die Zahnstange und/oder das Ritzel sind partiell oder vollständig mit einer selbstschmierenden Gleitschicht beschichtet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen 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 Ausnehmungen im Bereich der Zahnfüße;
4 eine Draufsicht auf das Verzahnungssegment der Zahnstange mit andersartigen Ausnehmungen.
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 Komponenten 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.
In den 2 und 3 ist dargestellt, daß die Zahnstange 3 in den Zahnfüßen ihres Verzahnungsbereiches 4 partielle Ausnehmungen 11 aufweist, die mit porösem Material 12 ausgefüllt sind, welches mit Schmieröl oder Schmierfett imprägniert ist. 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 12 wird eine Ölzirkulation erreicht. Einerseits wird Öl durch die Kapillarwirkung der Poren 13 an die Oberfläche und andererseits durch andere Poren 13 wieder zu den Ausnehmungen 11 zurück gefördert.
Der Prozentsatz der Poren 13 liegt bei den Anwendungsfällen zwischen 5 und 30 %.
Eine andere Möglichkeit die Ausnehmungen 11 mit den Materialfüllungen 12 anzuordnen ist in der 4 aufgezeigt. Die Verzahnung 4 ist in axiale Richtung geteilt und in den so entstandenen Spalt werden diese Ausnehmungen 11 mit den Materialfüllungen 12 integriert oder die Ausnehmungen 11 mit den Materialfüllungen 12 befinden sich an den Verbindungsbereichen Verzahnung 4 – Grundkörper 14 der Zahn stange 3. Dabei ist es möglich jeweils eine Anordnung zu wählen oder diese in Kombination anzuwenden.
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.
Dem porösen Material 12 ist in einem anderen Anwendungsfall ein Festschmierstoff beigemengt. Geeignet hierfür sind Graphit, Bornitrid, Polytetrafluoräthylen (PTFE), Molybdänsulfid oder Wolframdisulfid.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Zahnstange 3 und/oder das Antriebsritzel 5 partiell oder vollständig mit einer Gleitschicht aus selbstschmierenden Material zu beschichten. Hierbei wird beispielhaft poröse Bronze aufgesintert. In die Poren der Bronzeschicht wird als Festschmierstoff Polytetrafluoräthylen (PTFE) im Vakuumimprägnierverfahren eingelagert.
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 dieses 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, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (3) im Bereich ihrer Verzahnung (4) partielle Ausnehmungen (11) aufweist, die mit einem porösen Material (12) ausgefüllt sind, dessen Poren (13) mit Schmieröl oder Schmierfett imprägniert sind und dass diese Ausnehmungen (11) im Bereich der Zahnfüße der Verzahnung (4) der Zahnstange (3) angeordnet sind.
Zahnstangenlenkgetriebe nach einem der Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (4) der Zahnstange (3) axial geteilt ist und in dem so gebildeten Spalt die Ausnehmungen (11) mit dem imprägnierten porösen Material (12) angeordnet sind.
Zahnstangenlenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (11) mit dem imprägnierten porösen Material (12) überwiegend an den Verbindungsbereichen Verzahnungsteil (4) zu dem Grundkörper (14) der Zahnstange (3) angeordnet sind.
Zahnstangenlenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem imprägnierten porösen Material (12) ein Festschmierstoff beigemengt ist.
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, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (3) und/oder das Ritzel (5) partiell oder vollständig mit einer selbstschmierenden Gleitschicht beschichtet ist.