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Die Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine Zahnstangenlenkung kann je nach konstruktiver Ausgestaltung im Fahrbetrieb auf Verdrehung belastet werden. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn die Verzahnung des Zahnstangentriebes eine Schrägverzahnung aufweist oder exzentrische Gelenkverbindungen an der Zahnstange zur Verbindung der Spurstangen vorgesehen sind. Um die Zahnstange von solchen Drehmomenten zu entlasten, sind zwischen der Zahnstange und einem sie aufnehmenden Gehäuse wirksame Drehsicherungen entwickelt worden.
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DE 29 13 641 C2 offenbart eine Lagerung der Zahnstange einer Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge im Bereich des Ritzeleingriffs, wobei auf der dem Ritzel abgewandten Seite der Zahnstange eine quer zur Zahnstangenlängsachse verlaufende Tragachse angeordnet ist, welche zwei radial und axial belastbare Wälzlager trägt, die aus je einem auf der Tragachse längsverschieblich geführten Innenring, einem Außenring, und zwischen diesen abrollenden Wälzkörpern bestehen, und deren Außenringe sich unter einem Winkel von beispielsweise 90° an der Zahnstange abstützen. Der Innenring wenigstens des einen Wälzlagers ist durch ein Federelement axial in Richtung auf das andere Wälzlager hin beaufschlagt. Die Außenringe der Wälzlager besitzen in dem Bereich, in dem sie sich an der Zahnstange abstützen, eine der zylindrischen Mantelfläche der Zahnstange (
8) angepasste konkave Kontur.
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Die
GB 655 130 A offenbart ein Zahnstangenlenkgetriebe für Fahrzeuge, wobei die Zahnstange winkelmäßig bewegbar um eine Achse parallel zu ihrer Länge montiert ist, in einer Buchse, die ihrerseits in einem Lager für winkelmäßige Bewegung um eine Achse parallel und exzentrisch in Bezug auf die erstgenannte Achse bewegbar ist. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, um eine Winkelbewegung der Buchse zu bewirken, um den Eingriff zwischen der Zahnstange und dem Ritzel aufrechtzuerhalten. Eine Federeinrichtung ist vorgesehen, um die Buchse in die axiale Bewegung vorzuspannen, um die Zahnstange in Eingriff mit dem Ritzel zu bringen. Dabei ist nachteilig, dass keine starre Verbindung zwischen Zahnstange und. Ritzel zustande kommt.
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JP H07-315 234 A betrifft ein Zahnstangenlenkungsgetriebe, bei dem ein Lagerjoch zur Lagerung der rückseitigen Oberfläche einer Zahnstange vorgesehen ist, die in Eingriff mit einem Ritzel steht und die in Richtung auf die rückseitige Oberfläche vorgespannt ist. Die Bewegung in einer Richtung, in der die rückseitige Oberfläche abhebt, wird durch einen Anschlag geregelt. Ein Stößel kann in beiden Richtungen bewegt werden und kann zu der Zahnstange sich annähern oder sich von ihr trennen, und er ist in der Richtung vorgespannt, bei der ein Kontakt der Zahnstange zustande kommt. Die Bewegung in der Richtung, in der ein Kontakt der Zahnstange hergestellt wird, wird geregelt. Auch hier ist keine starre Verbindung zwischen Zahnstange und Ritzel gegeben.
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Bei einer aus der
DE 195 01 761 C1 entnehmbaren Zahnstangenlenkung ist eine zwischen einer Zahnstange und einem gegen die Zahnstange quer vorgespannten Druckstück wirksame Drehsicherung durch eine keilförmige Längsnut in der Zahnstange und einem in die Längsnut einfassenden Keil eines Gleitstücks gebildet, wobei das Gleitstück eine Sonderform aufweist und mit dem Druckstück durch eine Flachkeil/Nut-Verbindung formschlüssig gegen ein Verdrehen gesichert ist. Im Bereich der Keilspitze gehaltene Federzungen des Gleitstücks liegen bei schräger Lage mit einer Vorspannung an den Flanken der Längsnut an. Hierdurch ist ein gewisser Bewegungsspielraum geschaffen, sodass die Zahnstange innerhalb des Druckstückes etwas um die Zahnstangenachse zu drehen vermag. Bei diesen Verdrehungen der Zahnstange wird durch die Federzungen eine Rückstellkraft erzeugt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnstangenlenkung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart auszubilden, dass unter Vermeidung der genannten Nachteile die Zahnstangenlenkung stabilisiert und die Zahnstangenführung verbessert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es bei einer genauen Einstellung wenigstens eines des die Drehsicherung bildenden Führungselements und einer Fixierung dieses Führungselements in der eingestellten Position einer Federkraft zum Zusammendrücken der Führungselemente zunächst nicht bedarf, und dass dadurch auch die durch die Federkraft hervorgerufenen Belastungen dieser Führung entfallen.
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Bei der Erfindung ist zum einen das verstellbare Führungselement mit Anlagekontakt am zugehörigen Gegenführungselement einstellbar und fixierbar und somit der die Drehsicherung bildende Führungsabschnitt spiellos einstellbar. Zum anderen ist durch die starre Fixierung diese spiellose Einstellung starr gesichert, so dass die im Fahrbetrieb auftretenden Belastungen aufgenommen werden können.
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Das Verstellen kann bei Gewährleistung einer einfachen Konstruktion und sicheren Funktion durch eine Einstellschraube erreicht werden, die aufgrund ihrer selbsthemmenden Funktion auch die Fixierung in der eingestellten Position gewährleistet.
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Die Verstellrichtung ist vorzugsweise in die Umfangsrichtung der Zahnstange gerichtet. Hierdurch ist sowohl die Verstellung als auch die Abstützung direkt wirksam, und es können auch die Führungsflächen in paralleler Anordnung ausgebildet werden, insbesondere parallel zur Bewegungsebene des Zahnstangentriebs.
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Bei der Erfindung kann die Ausbildung so sein, dass ein oder beide Gegenführungselemente jeweils unter einer elastischen Spannung steht bzw. stehen, die das Gegenführungselement gegen das zugehörige Längsführungselement vorspannt. Diese Spannung ist im Unterschied zum Stand der Technik trotz der starren Fixierung vorhanden und dient dazu, bei einem im späteren Fahrbetrieb auftretenden Verschleiß und Führungsspiel ein Klappern zu vermeiden.
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Die Erfindung lässt sich vorteilhaft mit einem bekannten Druckstück kombinieren, jedoch zu einem anderen als den bekannten Zweck, nämlich um einen starr fixierten Anstelldruck zu erreichen oder durch einen zusätzlich vorhandenen elastischen Anstelldruck ein Klappern zu vermeiden, wenn sich ein Führungsspiel einstellt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung bedeutet
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1 einen axialen Teilschnitt einer erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personen-Kraftwagens;
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2 den Schnitt II-II in 1 als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3 den Schnitt III-III in 2.
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Von der in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichneten Zahnstangenlenkung ist in 1 nur der Längsbereich dargestellt, in dem ein Zahnstangengetriebe 12 mit einem Ritzel 14 auf einem Lenkwellenabschnitt 16 einer Lenkwelle und eine mit dem Ritzel 14 kämmende Stangenverzahnung 18 an einer Zahnstange 20 angeordnet sind. Der Lenkwellenabschnitt 16 mit dem Ritzel 14 und die Zahnstange 20 sind in einem Gehäuse 22 gelagert, wobei die Zahnstange 20 in einer Längsführung 24 des Gehäuses 22 hin und her verschiebbar gelagert ist und der sich quer zur Zahnstange 20 und zum länglichen Gehäuse 22 erstreckende Lenkwellenabschnitt 16 in einem Drehlager 26 drehbar gelagert ist.
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Die im Bereich der Stangenverzahnung 18 im Querschnitt rund und abgeflacht und außerhalb der Stangenverzahnung 18 im Querschnitt rund ausgebildete Zahnstange 20 ist durch eine dem Ritzel 14 gegenüberliegend angeordnete Drehsicherung 28 drehgesichert, die ein Verschieben der Zahnstange 20 gestattet, jedoch deren Drehung sperrt und in 1 mit einer viereckigen Fläche vereinfacht dargestellt ist.
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Die im Bereich der Stangenverzahnung 18 abgeflachte Zahnstange 20 ist gemäß 2 bis 3 durch eine Stützvorrichtung 30 stabilisiert, die ein dem Ritzel 14 gegenüberliegend und z. B. in Kombination mit der Drehsicherung 28 angeordnetes Druckstück 32 aufweist, das in einer Querführung 34 des Gehäuses 22 quer zur Zahnstange 20 verschiebbar gelagert und durch eine z. B. an einem Gehäusedeckel 22a abgestützte Feder 36 gegen die Zahnstange 20 drückt. Die der Zahnstange 20 und dem Ritzel 14 zugewandte Stirnseite des Druckstücks 32 weist eine vorzugsweise teilzylindrisch an die Form der Zahnstange 20 angepasste Ausnehmung 38 zur Aufnahme der Zahnstange 20 auf.
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Die Drehsicherung 28 weist gemäß 2 und 3 jeweils in einem Querabstand a voneinander zwei mittelbar oder unmittelbar am Gehäuse 22 angeordnete Gegenführungselemente 40a, 40b und zwei Längsführungselemente 42a, 42b an der Zahnstange 20 auf, die einander in der Umfangsrichtung übergreifen und seitlich aneinander liegen, wodurch die Drehsicherung 28 gebildet ist. Der Querabstand a ist wahlweise vergrößerbar oder verringerbar und somit einstellbar. Zum Einstellen des jeweiligen Querabstands a dient eine Einstellvorrichtung 44 und zum Feststellen in der jeweils eingestellten Position dient eine Fixiervorrichtung 46. Es können jeweils eine oder beide Gegenführungselemente 40a, 40b einzeln oder gemeinsam einstellbar bzw. feststellbar sein. Die Gegenführungselemente 40a, 40b und Längsführungselemente 42a, 42b bilden einen Längsführungsabschnitt 24a, wodurch die Verschiebbarkeit der Zahnstange 20 im Bereich der Drehsicherung 28 gewährleistet ist. Die Längsführungselemente 42a, 42b weisen ebene Längskontaktflächen 42c, 42d auf, die sich in der Längsrichtung der Zahnstange 20 und vorzugsweise parallel zur Bewegungsebene E des Zahnstangengetriebes 12 erstrecken. Die Gegenführungselemente 40a, 40b können durch Gleit- oder Rollelemente gebildet sein, die Gegenkontaktelemente 40c, 40d aufweisen.
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Beim Ausführungsbeispiel nach 2 weisen die Gegenführungselemente 40a, 40b mit ihren Gegenkontaktflächen 40c, 40d von einander weg, während die Längsführungselemente 42a, 42b mit ihren Kontaktflächen 42c, 42d aufeinander zu gerichtet sind. Die Gegenführungselemente 40a, 40b sind exzentrisch einander gegenüberliegend an einer Drehwelle 48 angeordnet und mit dieser drehbar. Die Längsführungselemente 42a, 42b sind durch die Seitenflächen einer Längsnut 50 in der Zahnstange 20 gebildet, wobei die Gegenführungselemente 40a, 40b in der Längsnut 50 angeordnet und quer zur Bewegungsebene E des Zahnstangengetriebes 12 gegen die Gegenführungselemente 42a, 42b drehbar sind. Dabei sind die Gegenführungselemente 40a, 40b durch die Außenringe 52a von Drehlagern 52, insbesondere Wälzlagern, gebildet, die bzw. deren Innenringe 52b auf exzentrischen Zapfen 54 der Drehwelle 48 sitzen. Die über beide Außenringe 52a gemessene quer gerichtete Abmessung b ist gleich der Breite c der Längsnut 50, und der Durchmesser d der Außenringe 52a ist jeweils kleiner als die Breite c. Es ist zum Einen zur Vereinfachung der Einstellung der Gegenführungselemente 40a, 40b und zum anderen zur Erzielung einer Einstellung mit seitlichem Anstelldruck von Vorteil, die längs der Exzentrizität über beide Gegenführungselemente 40a, 40b gemessene Abmessung b1 (3) etwas größer zu bemessen als die Abmessung b und die Breite c. Bei dieser Ausgestaltung passen sich beim Drehen die Gegenführungselemente 40a, 40b durch Anschlagen an den Längsführungselementen 42a, 42b selbsttätig an die Breite c an.
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Hierdurch ist es möglich, die Gegenführungselemente 40a, 40b bei einer Anordnung in der Längsnut 50 durch ein Drehen der Drehwelle 48 gegen die Längsführungselemente 42a, 42b bzw. Seitenflächen der Längsnut 50 zu bewegen und durch die Fixiervorrichtung 46 zu fixieren.
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Auf diese Weise lässt sich eine spielfreie Einstellung der Drehsicherung 28 erreichen. Beim Drehen wird die in die Umfangsrichtung der Drehwelle 48 gerichtete Bewegung der Gegenführungselemente 40a, 40b in eine in die Umfangsrichtung der Zahnstange 20 gerichtete Bewegung umgewandelt.
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Die Fixiervorrichtung 46 kann durch eine Drehsicherung für die Drehwelle 48 gebildet sein. Die Drehwelle 48 selbst kann durch eine Schraube 48a gebildet sein, die den Gehäusedeckel 22a in einem Loch 60 durchsetzt und auf die eine von außen zugängliche Kontermutter 56 zum Fixieren der Schraube 48a aufgeschraubt ist. Der Gehäusedeckel 22a kann eine Einstellschraube 22c bilden, die in einen die Querführung 34 bildenden Rohrstutzen 22b des Gehäuses 22 eingeschraubt ist und mit der die Druckspannung des Druckstücks 32 einstellbar ist.
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Die Drehwelle 48 kann z. B. in ihrem mittleren Bereich ein Drehfederelement 48b aufweisen, das eine elastische Torsion der Drehwelle 48 ermöglicht. Hierdurch ist es möglich, die Drehwelle 48 bei Anlage der Gegenführungselemente 40a, 40b an den Längsführungselemente 42a, 42b in einer solchen verdrehten Stellung zu fixieren, das die Gegenführungselemente 40a, 40b mit einem Drehmoment an den Längsführungselementen 42a, 42b anliegen. Auf diese Weise wird im Bereich des Längsführungsabschnitts 24a ein Bewegungsspiel und ein Klappern auch dann vermieden, wenn sich ein Verschleiß zwischen den Gegenführungselementen 40a, 40b und den Längsführungselementen 42a, 42b einstellt.
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Beim Ausführungsbeispiel nach 2 ist die Drehsicherung 28 in Kombination mit dem Druckstück 32 ausgebildet, wobei die Drehwelle 48 das Druckstück 32 und den Gehäusedeckel 22a jeweils in einem Loch 58, 60 durchfasst. Die Drehsicherung kann aber auch ohne einem Druckstück 32 ausgebildet sein.
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Die Feder 36 kann durch eine Wendelfeder gebildet sein, die zwischen dem Gehäusedeckel 22a und dem Druckstück 32 angeordnet ist, z. B. in einer Ringnut 32a im Druckstück 32 und/oder im Gehäusedeckel 22a. Wenn das Druckstück 32 am Gehäusedeckel 22a anliegt, ist eine starre Abstützung der Zahnstange 20 vorhanden, bei der auf Grund des elastischen Federdruckes ebenfalls ein Bewegungsspiel und ein Klappern auch dann vermieden ist, wenn sich ein Verschleiß zwischen der Zahnstange 20 und dem Druckstück 32 einstellt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Zahnstangenlenkung
- 12
- Zahnstangengetriebe
- 14
- Ritzel
- 16
- Lenkwellenabschnitt
- 18
- Stangenverzahnung
- 20
- Zahnstange
- 22
- Gehäuse
- 22a
- Gehäusedeckel
- 22b
- Rohrstutzen
- 22c
- Einstellschraube
- 24
- Längsführung
- 24a
- Längsführungsabschnitt
- 26
- Drehlager
- 28
- Drehsicherung
- 30
- Stützvorrichtung
- 32
- Druckstück
- 32a
- Ringnut
- 34
- Querführung
- 36
- Feder
- 38
- Ausnehmung
- 40a, 40b
- Gegenführungselement
- 40c, 40d
- Gegenkontaktfläche
- 42a, 42b
- Längsführungselement
- 42c, 42d
- Längskontaktfläche
- 44
- Einstellvorrichtung
- 46
- Fixiervorrichtung
- 48
- Drehwelle
- 48a
- Schraube
- 48b
- Drehfederelement
- 50
- Längsnut
- 52
- Wälzlager
- 52a
- Außenring
- 52b
- Innenring
- 54
- Zapfen
- 56
- Kontermutter
- 58
- Loch
- 60
- Loch
- a
- Querabstand
- b, b1
- Abmessung
- c
- Breite
- d
- Durchmesser
- E
- Bewegungsebene
- E1
- Ebene
