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Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für eine Zahnstangenlenkung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.In Fahrzeuglenkungen werden, insbesondere bei Personenkraftwagen, heutzutage fast ausschließlich Zahnstangenlenkgetriebe verwendet. Diese Lenkgetriebe umfassen eine Zahnstange, die längs ihrer Achse verschiebbar in einem Gehäuse geführt ist, und ein Ritzel, das mit einem gezahnten Bereich der Zahnstange kämmt und über eine Lenkstange mit einem Lenkrad in Verbindung steht. Die beiden axialen Enden der Zahnstange ragen aus dem Gehäuse heraus und sind jeweils über ein Kugelgelenk mit einer Spurstange verbunden, die mit einem Fahrzeugrad gekoppelt ist.
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Das Ritzel liegt in Richtung der Zahnstange betrachtet meist näher an einem Ende des Gehäuses als am anderen Ende. Die axial verschiebliche Lagerung und Führung der Zahnstange erfolgt gewöhnlich an zwei Punkten im Gehäuse, zum einen am „ritzelfernen“ Ende des Gehäuses und zum anderen direkt am Angriffspunkt des Ritzels, wo die Zahnstange von einem Druckstück in Richtung des Ritzel beaufschlagt wird. Durch diese Zweipunktlagerung ist die Zahnstange statisch bestimmt gelagert, was zur Leichtgängigkeit der Lenkung beiträgt; jede weitere Lagerstelle würde zu einer statischen Überbestimmtheit und somit möglicherweise zu Verspannungen führen.
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Ein Problem bei dieser Anordnung ist der relativ große Abstand zwischen der Lagerstelle am Ritzel und dem Angriffspunkt der Spurstange am „ritzelnahen“ Ende der Zahnstange. Da die Kraft, welche in die Spurstange bzw. von der Spurstange in die Zahnstange eingeleitet wird, in der Regel auch eine Komponente aufweist, die nicht in Längsrichtung der Zahnstange verläuft, führt dies zu einer Biegebelastung, die auf die Zahnstange wirkt.
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Eine extreme Biegebeanspruchung der Zahnstange tritt beispielsweise dann auf, wenn bei einer Betätigung der Lenkung der Reifen (z. B. durch einen Bordstein) in seiner Lenkbewegung blockiert ist. Die Dimensionierung der Zahnstange wird maßgeblich von derartigen extremen Biegelastfällen beeinflußt.
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Die JP H10- 194 149 A offenbart ein gattungsgemäßes Lenkgetriebe für eine Zahnstangenlenkung, mit einem Gehäuse, in dem eine Zahnstange längs ihrer Achse verschiebbar geführt ist, und einer Hilfsabstützung, die sich an einem axialen Ende des Gehäuses befindet. Die Hilfsabstützung begrenzt eine Biegung der Zahnstange, wobei die Hilfsabstützung lediglich im Fall extremer Biegebeanspruchung eine temporäre Abstützung bietet.
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Die
JP 2004 -
232 788 A offenbart ein Lenkgetriebe mit einem Gehäuse, in dem eine Zahnstange längs ihrer Achse verschiebbar geführt ist. Die Zahnstange ist in der Nähe eines Ritzels mittels eines Lagers gelagert. Die Zahnstange wird mittels eines Schraubmechanismus an der Lagerung zum Ritzel hin vorgespannt.
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Die
JP S59- 192 670 A offenbart ein Lager für eine Zahnstange, das die Zahnstange vollständig umgibt. Um die Zahnstange flexibel zu lagern, weist das Lager an seiner Innenseite elastische Ausbuchtungen auf, die mit der Zahnstange in dauerhaftem Kontakt sind.
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Die JP H09- 207 796 A offenbart ein Lager, das an seiner Innenseite flexible Ausbuchtungen zur flexiblen Lagerung der Zahnstange aufweist. Das Lager ist dabei in dauerhaftem Kontakt zur Zahnstange.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Durchbiegung der Zahnstange zu begrenzen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung ein Lenkgetrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Sie zeigt ein Lenkgetriebe für eine Zahnstangenlenkung, mit einem Gehäuse, in dem eine Zahnstange längs ihrer Achse verschiebbar geführt ist, und einer Hilfsabstützung, die sich an einem axialen Ende des Gehäuses befindet, wobei die Hilfsabstützung eine Biegung der Zahnstange begrenzt. Dies bietet den Vorteil, daß eine Zahnstange mit kleinerem Durchmesser eingesetzt werden kann und damit zum einen das Gewicht und zum anderen die Kosten des Lenkgetriebes reduziert werden. Dabei ist hervorzuheben, daß trotz der Hilfsabstützung Verspannungen aufgrund statisch überbestimmter Lagerung keine Rolle spielen, weil die Zahnstange weitgehend statisch bestimmt gelagert bleibt. Die Hilfsabstützung ist nämlich kein permanentes Lager, sondern bietet lediglich im Fall extremer Biegebeanspruchung eine temporäre Abstützung. Damit ist die Lagerung der Zahnstange nur während der kurzzeitigen Extrembelastung statisch überbestimmt. Außerdem ermöglicht die Hilfsabstützung die Verwendung kleinerer Verzahnungsmodule (und damit eine geringere Zahnhöhe). Dies vergrößert den Querschnitt der Zahnstange und bietet Vorteile hinsichtlicht der Verzahnungsauslegung.
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In einer Ausführungsform weist das Gehäuse eine Vertiefung auf, in der die Hilfsabstützung gelagert ist. Die Hilfsabstützung ist somit ohne den Einsatz zusätzlicher Befestigungsmittel in Längsrichtung der Zahnstange fixiert.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Hilfsabstützung einen radialen Vorsprung auf, der sich in Längsrichtung der Zahnstange erstreckt und in einer Nut des Gehäuses verläuft. Durch diesen Vorsprung ist ein Verdrehen der Hilfsabstützung um die Zahnstangenachse relativ zum Gehäuse nicht mehr möglich.
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Bevorzugt weist die Hilfsabstützung eine Aussparung auf, die einem gezahnten Bereich der Zahnstange gegenüberliegt. Dadurch ist eine direkte Berührung der Hilfsabstützung mit dem gezahnten Bereich der Zahnstange nicht möglich, so daß die Hilfsabstützung und der gezahnte Bereich keine unerwünschte Verbindung eingehen können, die ein Bewegen der Zahnstange längs ihrer Achse behindert.
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Vorzugsweise ist die Hilfsabstützung ein Klipp mit C-förmigem Querschnitt. Ein solcher Klipp ist einfach herzustellen und mit wenigen Handgriffen am Gehäuse montiert.
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Ferner ist eine Herstellung der Hilfsabstützung aus einem Kunststoff möglich. Die Hilfsabstützung ist damit besonders preiswert und durch die Kunststoffzusammensetzung einfach hinsichtlich Elastizität und Gleiteigenschaften zu optimieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Ritzel vorgesehen, das mit einem gezahnten Bereich der Zahnstange kämmt, wobei das Ritzel, in Richtung der Zahnstange betrachtet, näher an einem ersten Ende als an einem zweiten Ende des Gehäuses angeordnet ist, wobei die Hilfsabstützung nur am ersten Ende vorgesehen ist. Die maximale Biegebeanspruchung der Zahnstange tritt gewöhnlich im Bereich des ersten Gehäuseendes auf, da am zweiten Ende des Gehäuses in der Regel bereits eine echte Lagerstelle für die Zahnstange vorgesehen ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
- - 1 eine teilweise freigeschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes;
- - 2 einen Detailausschnitt aus 1;
- - 3 eine perspektivische Ansicht einer Hilfsabstützung;
- - 4 eine teilweise freigeschnittene, perspektivische Ansicht eines Gehäuseendbereichs;
- - 5 eine teilweise freigeschnittene, perspektivische Ansicht des Gehäuseendbereichs aus 4 mit montierter Hilfsabstützung; und
- - 6 einen Querschnitt längs der Linie VI-VI in 5.
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Die 1 zeigt ein Lenkgetriebe 8 für eine Zahnstangenlenkung, mit einem Gehäuse 10, in dem eine Zahnstange 12 längs ihrer Achse A verschiebbar geführt ist. Die Zahnstange 12 ragt an ihren axialen Enden aus dem Gehäuse 10 heraus und ist jeweils über ein Kugelgelenk 14 mit einer Spurstange 16 verbunden. Die Spurstange 16 ist wiederum so mit einem Fahrzeugrad (nicht gezeigt) gekoppelt, daß sie eine Lenkbewegung des Fahrzeugrads verursachen kann.
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Ferner ist in der 1 ein Ritzel 18 zu sehen, das mit einem gezahnten Bereich 20 der Zahnstange 12 kämmt. Das Ritzel 18 ist in Richtung der Zahnstange 12 betrachtet näher an einem ersten Ende 22 als an einem zweiten Ende 24 des Gehäuses 10 angeordnet.
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Der Bereich um das erste Ende 22 des Gehäuses 10 ist in der 2 detailliert dargestellt. Zwischen dem Kugelgelenk 14 und dem Ritzel 18 ist eine Hilfsabstützung 26 vorgesehen, die eine Biegung der Zahnstange 12 begrenzt. Der Abstand zwischen dem Angriffspunkt des Ritzels 18 an der Zahnstange 12 und dem Kugelgelenk 14 ist dabei mit L, der Abstand zwischen der Hilfsabstützung 26 und dem Kugelgelenk 14 mit L' bezeichnet.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Hilfsabstützung 26 ist in der 3 dargestellt. Die Hilfsabstützung 26 weist dabei einen radialen Vorsprung 28 auf, der sich im eingebauten Zustand in axialer Richtung erstreckt. Auf der dem Vorsprung 28 entgegengesetzten Seite der Hilfsabstützung 26 ist eine Aussparung 30 vorgesehen, so daß die Hilfsabstützung 26 ein Klipp mit im wesentlichen C-förmigem Querschnitt ist. Vorzugsweise ist der Klipp aus einem Kunststoff hergestellt, wobei dieser Kunststoff für die Montage eine gewisse Elastizität haben sollte. Ferner sind gute Gleiteigenschaften von Vorteil, für den Fall, daß der Klipp mit der Zahnstange 12 in Berührung kommt.
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Montiert wird die Hilfsabstützung 26 an einem axialen Ende des Gehäuses 10. Die 4 zeigt einen Ausschnitt des Gehäuses 10 im Bereich des ersten Endes 22, wobei der äußere Bereich 32 des ersten Endes 22 als Anschlußelement für einen Faltenbalg 34 vorgesehen ist (vgl. 2). Unmittelbar am ersten Ende 22 ist im Inneren des Gehäuses ein schmaler Rand 36 zu sehen, an den sich in axialer Richtung eine Vertiefung 38 anschließt. Der schmale Rand 36 verhindert im montierten Zustand ein „Herausrutschen“ der Hilfsabstützung 26. In der Vertiefung 38 ist eine axial ausgerichtete Nut 40 vorgesehen, die sich auch über den Rand 32 erstreckt.
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Bei der Montage wird die Hilfsabstützung 26 leicht zusammengedrückt, so daß sich die Aussparung 30 verkleinert. In diesem zusammengedrückten Zustand kann die Hilfsabstützung 26 über den Rand 32 in axialer Richtung in das Gehäuse 10 eingeschoben werden. Die Hilfsabstützung 26 ist dabei so ausgerichtet, daß der Vorsprung 28 in der Nut 40 geführt ist. Wenn die Hilfsabstützung vollständig über den Rand 32 geschoben wurde, schnappt sie aufgrund ihrer Elastizität in die Vertiefung 38 ein, wobei die axialen Abmessungen der Vertiefung 38 und der Hilfsabstützung 26 so gewählt sind, daß die Hilfsabstützung 26 in ihrer axialen Lage fixiert ist. Der Vorsprung 28 wirkt mit der Nut 40 so zusammen, daß ein Verdrehen der Hilfsabstützung 26 um die Achse A relativ zum Gehäuse 10 verhindert ist.
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Die 5 und 6 zeigen eine teilweise freigeschnittene Ansicht und einen Querschnitt im Bereich der montierten Hilfsabstützung 26. Im Schnitt ist deutlich zu sehen, daß die Aussparung 30 an den gezahnten Bereich 20 der Zahnstange 12 angrenzt. Damit ist gewährleistet, daß die Hilfsabstützung 26 unter keinen Umständen mit dem gezahnten Bereich 20 in Berührung kommt, um eine Beschädigung der Hilfsabstützung 26 durch den gezahnten Bereich 20 zu vermeiden.
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Abgesehen von dem Bereich der Aussparung 30 umgibt die Hilfsabstützung 26 die Zahnstange 12, wobei die Hilfsabstützung 26 bei unbelasteter Zahnstange nicht an der Zahnstange 12 anliegt, sondern umlaufend ein Spiel von mindestens 2 Zehntel Millimetern aufweist. Durch diesen umlaufenden, radialen Spalt ist die Hilfsabstützung 26 keine zusätzliche permanente Lagerung oder Führung, so daß die Zahnstange 12 weiter statisch bestimmt gelagert ist. Für den Fall, daß eine Durchbiegung der Zahnstange 12 im Bereich der Hilfsabstützung 26 dieses Spaltmaß überschreitet, kommt die Zahnstange 12 in Anlage mit der Hilfsabstützung 26, die ein weiteres Durchbiegen der Zahnstange 12 reduziert.
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Die Biegebelastung der Zahnstange 10 resultiert daraus, daß über das Kugelgelenk 14 nicht nur Normalkräfte, sondern auch Querkräfte übertragen werden. Durch die auftretende Querkraft am Kugelgelenk 14 und den Hebelarm L tritt in dem Lagerpunkt, in dem das Ritzel 18 angreift, ein Moment M in der Zahnstange auf. Bei geringen Querkräften, die lediglich eine Durchbiegung der Zahnstange 12 von wenigen Zehntelmillimetern verursachen, bleibt dieses statische System weiterhin erhalten.
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Bei höheren auftretenden Querkräften entwickelt sich die Hilfsabstützung 26 jedoch zu einer temporären Stützstelle der Zahnstange 12. Infolge dieser zusätzlichen Stützstelle verringert sich der Hebelarm auf L', wodurch die Zahnstange durch ein kleineres Biegemoment beansprucht wird. Um eine größtmögliche Reduzierung des Biegemoments in der Zahnstange zu erreichen, muß die Hilfsabstützung 26 möglichst nah am ersten Ende 22 des Gehäuses 10 liegen.
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Die Zahnstange 12 kann dann durch die geringere Biegebelastung mit einem kleineren Durchmesser ausgeführt werden. Damit sinkt das Gewicht der Zahnstange und folglich auch deren Herstellungskosten.
