DE10258842B4

DE10258842B4 - Zahnstangenlenkgetriebe

Info

Publication number: DE10258842B4
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: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2022-12-18
Also published as: DE10258842A1

Abstract

Zahnstangenlenkgetriebe, 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 Ausnehmengen (11) im Bereich der Zahnfüße der Verzahnung (4) der Zahnstange (3) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnstangenlenkgetriebe, 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 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.
In der US 4 584 893 A wird ein in einem Gehäuse gelagertes Zahnstangen-Ritzel-Getriebe beschrieben, deren Lager jeweils eine Buchse aufweisen, welche ein festes Schmiermittel enthalten. Diese Buchse gibt das Schmiermittel auf die Oberfläche der Lager und somit auf die Zahnstange ab.
Die DE 100 23 775 A1 offenbart eine Zahnstange, deren Zähne mit einem Oberflächenschutz versehen sind, welcher die Oberflächen vor Verschleiß durch die aufeinander wirkenden Zähne im Lenkgetriebe schützen soll.
In der US 5 379 856 A wird ein Zahnstangen-Ritzel-Lenkgetriebe aufgezeigt, welches einen Hydraulikmotor zur Lenkunterstützung aufweist. Die das Lenkgetriebe abschließenden Faltenbälge sind mit einem Schaumstoff ausgefüllt. Der Schaumstoff ist zweigeteilt. Während ein Teil flüssigkeitsundurchlässig ist, und das Eindringen von Wasser in das Getriebegehäuse verhindern soll, ist der zweite Teil flüssigkeitsdurchlässig und mit Öl getränkt, wodurch bei Betrieb die bewegbare Zahnstange benetzt wird.
Diese in dem Stand der Technik aufgeführten Zahnstangen-Ritzel-Getriebe sind kompliziert in ihrem Aufbau und damit verschleißanfällig. Das Schmiermittelreservoir ist nicht direkt im Bereich der Verzahnung, wodurch die Schmiermittelzufuhr über die Lebensdauer gesehen unterbrochen werden kann.
Der in dem Patentanspruch 1 angegebenen Lösung liegt das Problem zugrunde, ein Zahnstangenlenkgetriebe der eingangs angegebenen Art zu konzipieren, bei welcher der Verschleiß des Zahnstangenlenkgetriebes bei einer hohen Betriebssicherheit minimiert ist.
Dieses Problem wird durch die in dem 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 der Zahnfüße ihrer Verzahnung Ausnehmungen auf, die mit einem porösen Material ausgefüllt sind, dessen Poren mit Schmieröl oder Schmierfett imprägniert sind.
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 Ausführungsbeispiel 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 Zahnstange 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.
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 konventionellen 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 ein solches Schmiersystem auch bei anderen miteinander korrespondierenden Bauteilen des Lenkgetriebes eingesetzt werden.

Claims

Zahnstangenlenkgetriebe, 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 Ausnehmengen (11) im Bereich der Zahnfüße der Verzahnung (4) der Zahnstange (3) angeordnet sind.
Zahnstangenlenkgetriebe nach 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.