DE1133641B

DE1133641B - Steering gear with rack and pinion for road vehicles

Info

Publication number: DE1133641B
Application number: DEC18125A
Authority: DE
Inventors: Howard Kenneth Alderton; Alan Herbert Edward Bradfield
Original assignee: TRW Steering Systems Ltd
Current assignee: TRW Steering Systems Ltd
Priority date: 1958-06-12
Filing date: 1958-12-24
Publication date: 1962-07-19
Also published as: GB911364A; FR1212690A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenkgetriebe mit Zahnstange und Zahnritzel für Straßenfahrzeuge, bei welchem die Zahnstange im Bereich ihrer Kämmzone mit dem Zahnritzel verschiebbar gelagert und an einem Ende über die Kämmzone hinaus verlängert ist, wobei beide Enden der Zahnstange mit je einer Lenkschubstange verbunden sind und das verlängerte Ende der Zahnstange verschiebbar in einem zweiten von der Kämmzone abgelegenen Lager gelagert ist.The invention relates to a rack and pinion steering gear for road vehicles which the rack in the area of its meshing zone with the pinion mounted displaceably and on one The end is extended beyond the combing zone, with both ends of the rack each having a steering push rod are connected and the extended end of the rack slidable in a second of the Combing zone is stored in a remote warehouse.

Es ist bereits ein Lenkgetriebe dieser Art bekannt, bei welchem eine Zahnstange einmal im Bereich ihrer Kämmzone durch eine elastische Unterstützung und zum anderen durch eine im Abstand von der Kämmzone angeordnete feste Metallbuchse getragen wird. Dieser an sich wünschenswert einfache Aufbau eines Lenkgetriebes ist jedoch mit Nachteilen behaftet, die durch die Anordnung einer festen Metallbuchse als zweites Lager für die Zahnstange bedingt sind.A steering gear of this type is already known in which a toothed rack once in the area of its Combing zone by an elastic support and on the other hand by one at a distance from the combing zone arranged fixed metal bushing is carried. This in itself desirable simple structure of a However, the steering gear has disadvantages caused by the arrangement of a solid metal bushing as second camp for the rack are conditional.

Durch die Anordnung eines elastischen Lagers für die Zahnstange im Bereich ihrer Kämmzone soll ein exaktes Kämmen der Zähne erreicht werden, wobei die Zahnstange neben ihrer dem gewünschten Lenkausschlag entsprechenden axialen Verschiebung zusätzlich elastischen Seitenbewegungen ausgesetzt ist, welche sich bei jeder Lenkradbetätigung durch den Zahndruck und die Form der Getriebezähne ergeben. Insgesamt findet also eine Überlagerung einer Axialbewegung mit einer Schwenk- oder Pendelbewegung der Zahnstange um ihr abgelegenes Lager statt. Die Metallbuchse als abgelegenes Lager kann jedoch diesen Schwenkbewegungen der Zahnstange nicht folgen, so daß sich beim Schwenken der Zahnstange eine Divergenz zwischen der Zahnstangenachse und der Buchsenachse ergibt. Dies hat eine übermäßige Beanspruchung und damit ein besonders schnelles Verschleißen der Buchse zur Folge, wobei mit steigendem Grad des Verschleißes ein beträchtliches Spiel der Buchse gegenüber der Zahnstange entsteht. Derartige Auswirkungen sind aber gerade in der Fahrzeugtechnik besonders nachteilig, da die beim Fahrbetrieb auftretenden Erschütterungen auch auf die Zahnstange übertragen werden, welche dann unter heftigen Geräuschen an die Buchsenwandung anschlägt.By arranging an elastic bearing for the rack in the area of its meshing zone, a exact meshing of the teeth can be achieved, with the rack in addition to its the desired steering angle corresponding axial displacement is also subjected to elastic lateral movements, which result from the tooth pressure and the shape of the gear teeth each time the steering wheel is operated. Overall, there is a superposition of an axial movement with a pivoting or pendulum movement the rack around their remote camp. However, the metal bushing as a remote warehouse can do this Pivoting movements of the rack do not follow, so that when pivoting the rack a Divergence between the rack axis and the socket axis results. This has undue stress and thus a particularly rapid wear and tear of the socket, with increasing The degree of wear creates a considerable amount of play between the bushing and the rack. Such However, effects are particularly disadvantageous in vehicle technology, since those that occur when driving Vibrations are also transmitted to the rack, which then makes violent noises hits the socket wall.

Es ist ferner bereits bekannt, die Zahnstange in federbelasteten Halterungen zu lagern, von denen eine im Kämmbereich liegt und die andere in einiger Entfernung davon. Die letztere Halterung ist am äußeren Ende der rohrförmigen Verlängerung des Getriebegehäuses angeordnet. Durch diese Ausgestaltung entstehen erhebliche Produktionskosten und, da außerdem die Lager aus Metall hergestellt sind, entsteht wiederum das störende Geräusch der kämmenden Lenkgetriebe mit Zahnstange
und Zahnritzel für StraßenfahrzeugeIt is also already known to mount the rack in spring-loaded brackets, one of which is in the meshing area and the other at some distance therefrom. The latter bracket is arranged at the outer end of the tubular extension of the transmission housing. This configuration results in considerable production costs and, since the bearings are also made of metal, the annoying noise of the meshing steering gear with toothed rack again arises
and pinions for road vehicles

Anmelder:
Cam Gears Limited, LondonApplicant:
Cam Gears Limited, London

ίο Vertreter: Dr. K. R. Eikenberg, Patentanwalt,
Hannover, Am Klagesmarkt 10/11ίο Representative: Dr. KR Eikenberg, patent attorney,
Hanover, Am Klagesmarkt 10/11

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 12. Juni 1958 (Nr. 18 886)Claimed priority:
Great Britain dated June 12, 1958 (No. 18 886)

Alan Herbert Edward Bradfield,Alan Herbert Edward Bradfield,

Berkhamsted, Hertfordshire,Berkhamsted, Hertfordshire,

und Howard Kenneth Alderton,and Howard Kenneth Alderton,

Caddington, Bedfordshire (Großbritannien),Caddington, Bedfordshire (UK),

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

Teile, insbesondere, wenn von der Fahrbahn Stöße und Schläge über die Räder auf das Lenkgetriebe übertragen werden.Parts, especially if the road bumps and blows through the wheels on the steering gear be transmitted.

Bei einer bekannten Abwandlung eines derartigen Getriebes steht die Zahnstange unter der Wirkung elastischer Mittel wie Federn, wodurch die Zähne der Zahnstange und die Zähne des Zahnrades im Eingriff gehalten werden sollen. Hierbei ist die Zahnstange in einem gewissen Abstand auf einer Schiene befestigt, so daß beide durch eine in Längsrichtung zur Schiene angeordnete gewellte Feder zusammen in Richtung auf das Zahnrad zu bewegbar sind. Die Spurstange liegt hier zwischen Zahnstange und Schiene in elastischen Lagern. Obgleich diese Art gewisse Vorteile mit sich bringt, ist der Aufbau so kompliziert, daß sich dadurch die Herstellungs- und Wartungskosten erheblich verteuern. In a known modification of such a transmission, the rack is under the effect elastic means such as springs, whereby the teeth of the rack and the teeth of the gear are in mesh should be kept. The rack is attached to a rail at a certain distance, so that both by a longitudinally arranged corrugated spring to the rail together in the direction of the gear are too movable. The tie rod lies between the rack and the rail in elastic To store. Although this type has certain advantages, the structure is so complicated that it make manufacturing and maintenance costs considerably more expensive.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und besteht darin, daß das abgelegene Lager aus nicht starrem Material besteht. Als Material für dieses Lager kommen beispielsweise elastisch verformbarer Kunststoff, Filz oder ähnlich faserförmig aufgebautes Kunst-Stoffmaterial in Frage, welches zusätzlich noch mit Metall durchsetzt sein kann, um die Verschleißfestigkeit des Lagers zu erhöhen.The invention avoids these disadvantages and consists in that the remote bearing is not rigid Material. The material used for this bearing is, for example, elastically deformable plastic, Felt or a similar fibrous synthetic material in question, which can also be interspersed with metal in order to increase the wear resistance of the camp to increase.

209 620/172209 620/172

Das erfindungsgemäß ausgebildete Lenkgetriebe behält die Vorzüge der einfachen, wirtschaftlichen Konstruktion bei, gestattet jedoch durch die besondere Ausbildung des abgelegenen Lagers seitliche Verschwenkungen der Zahnstange, ohne daß dabei Aufschlaggeräusche erzeugt werden. Darüber hinaus ist die Herstellung eines Lagers gemäß der Erfindung billiger als die einer genau zu bearbeitenden Metallbuchse. The steering gear designed according to the invention retains the advantages of a simple, economical construction at, but allows lateral pivoting due to the special design of the remote camp the rack without any impact noises being generated. In addition, is the manufacture of a bearing according to the invention cheaper than that of a precisely machined metal bushing.

Wie bekannt, ist der Abstand zwischen dem abgelegenen Lager und der Kämmzone der Zahnstange möglichst groß zu wählen, so daß die seitlichen Auslenkungen der Zahnstange im Bereich ihrer Kämmzone nur zu verhältnismäßig kleinen Bewegungen der Zahnstange im Bereich des abgelegenen Lagers führen.As is known, the distance between the secluded To choose bearings and the meshing zone of the rack as large as possible, so that the lateral deflections the rack in the area of their combing zone only to relatively small movements of the Guide the rack in the area of the remote warehouse.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In dieser zeigtAn exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. In this shows

Fig. 1 eine Ansicht eines Lenkgetriebes gemäß der Erfindung, z. T. geschnitten,Fig. 1 is a view of a steering gear according to the invention, for. T. cut,

Fig. 2 einen Längsschnitt gemäß Linie II-II in ao Fig. 1,Fig. 2 is a longitudinal section along line II-II in ao Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt gemäß Linie III-1II in Fig. 1,3 shows a longitudinal section along line III-1II in FIG. 1,

Fig. 4 einen Querschnitt gemäß Linie IV-IV in Fig. 1 (dieser Schnitt liegt in der Kämmlinie zwischen Zahnstange und Ritzel), undFig. 4 shows a cross section according to line IV-IV in Fig. 1 (this section is in the comb line between Rack and pinion), and

Fig. 5 einen dem Schnitt gemäß Fig. 4 entsprechenden Schnitt für eine modifizierte Ausführungsform.FIG. 5 shows a section corresponding to FIG. 4 Section for a modified embodiment.

Die Zahnstange 1 befindet sich in einem Getriebegehäuse 2 und einem Gehäuserohr 3. An den entgegengesetzten Enden des Getriebegehäuses und Rohres sind Faltenbälge 4 befestigt, durch die diese Enden gegen die Lenkschubstangen 5 abgedichtet werden. Diese Gestänge führen zu den zu lenkenden Teilen, sie sind mit den Enden der Zahnstange über Universalgelenke 6 verbunden. Das Zahnritzel 7 ist auf einer Spindel 8 befestigt, die in bekannter Weise mit einer üblichen Lenksäule gekoppelt ist. Das Ritzel 7 und die Spindel 8 sind drehbar in Lagern 9 im Getriebegehäuse 2 gelagert. Die Zahnstange 1 ist axial gleitbar in einem Gleitbock 10 gelagert, der mit einem Auflagerpolster 11 versehen ist, welches durch eine Feder 12 nach außen gedrückt wird. Ein zweites Lager 13 befindet sich am äußeren Ende des Rohres 3. Das Auflagerpolster 11 ist mit der Kämmzone zwischen den Zähnen 1' der Zahnstange und dem Ritzel 7 ausgefluchtet, so daß durch die Feder 12 die Zahnstange in Seitenrichtung gegen das Ritzel gedrückt wird, wobei ein exaktes Kämmen der Zähne sichergestellt ist.The rack 1 is located in a gear housing 2 and a housing tube 3. At the opposite Ends of the gear housing and tube are attached to bellows 4 through which these ends be sealed against the steering push rods 5. These linkages lead to the parts to be steered, they are connected to the ends of the rack via universal joints 6. The pinion 7 is on one Fixed spindle 8, which is coupled in a known manner with a conventional steering column. The pinion 7 and the spindles 8 are rotatably mounted in bearings 9 in the gear housing 2. The rack 1 is axially slidable mounted in a sliding block 10, which is provided with a support pad 11, which by a spring 12 is pushed outwards. A second bearing 13 is located at the outer end of the tube 3. The support pad 11 is aligned with the meshing zone between the teeth 1 'of the rack and pinion 7, so that the rack is pressed in the lateral direction against the pinion by the spring 12, wherein an exact combing of the teeth is ensured.

Eine derartige seitliche Bewegung der Zahnstange 1 erfordert, daß die Zahnstange in dem Lager 13 mit ausreichender Möglichkeit zur Durchführung einer solchen Bewegung gelagert ist. Zu diesem Zweck besteht das Lager 13 aus einem Material, das unter Belastung nachgeben kann. Vorzugsweise ist der Elastizitätsgrad so eingestellt, daß durch das Material des Lagers 13 eine Rückstellkraft auf die Zahnstange ausgeübt wird.Such a lateral movement of the rack 1 requires that the rack in the bearing 13 with sufficient possibility to carry out such a movement is stored. For this purpose exists the bearing 13 made of a material that can yield under load. Preferably is the degree of elasticity adjusted so that a restoring force is exerted on the rack by the material of the bearing 13 will.

Da die Zahnstange in der Nähe des einen Endes durch den Gleitbock 10 und in der Nähe des anderen Endes durch das Lager 13 gehalten wird, besteht jede Bewegung der Zahnstange unter der Einwirkung der Feder 12 und bei Drehung des Ritzels 7 im Ergebnis aus einer um einen kleinen Pendelwinkel hin- und hergehenden Längsbewegung. Der Scheitelpunkt des Winkels liegt dabei im Lager 13, das gemäß der Natur des Lagermaterials gut in der Lage ist, zur Durchführung der Winkelbewegung nachzugeben und gleichfalls eine ausreichende seitliche Führung für die Zahnstange zu bilden.Because the rack is near one end by the sliding block 10 and near the other End held by the bearing 13, there is any movement of the rack under the action of Spring 12 and upon rotation of the pinion 7 as a result of a back and forth by a small pendulum angle moving longitudinal movement. The vertex of the angle lies in the bearing 13, which according to nature of the bearing material is well able to give way to carry out the angular movement and likewise to form sufficient lateral guidance for the rack.

Darüber hinaus liefert ein in dieser Weise aufgebautes Getriebe beim Betrieb praktisch kerne Geräusche. Auch wird die Notwendigkeit, einzelne Teile, wie beispielsweise Buchsen, exakt zu bearbeiten, weitgehend vermieden.In addition, a transmission constructed in this way produces practically no noise during operation. The need to precisely machine individual parts, such as bushings, is also largely increased avoided.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Modifikation ist die Federanordnung 10, 11, 12, durch die die Zahnstangel gegen das Ritzel 7 gedrückt wird, durch einen einfachen Block 14 aus elastischem Material ersetzt. Dieses elastische Material, z. B. Gummi, ist im Getriebegehäuse 2 untergebracht. Der Block 14 braucht nur durch eine Halteplatte 15 in dem Gehäuse 2 festgehalten zu werden. Darüber hinaus wird die Geräuschentwicklung bei Betrieb des Getriebes, die bereits durch das Lager 13 stark vermindert wird, noch stärker unterdrückt. Insbesondere wird ein hämmerndes oder ratterndes Geräusch, das bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 noch auftreten kann, vermieden. Eine genaue Einstellung evtl. unter Zuhilfenahme von Zwischenlegscheiben berm Zusammenbau der einzelnen Teile ist nicht nötig, da sich der Block 14 selbst justiert. Da die Zähne Γ auf der Zahnstange und die Zähne auf dem Ritzel den üblichen Eingriffswinkel besitzen, bewirken die Axialstöße, denen die Zahnstange 1 beim Betrieb unvermeidlich ausgesetzt ist, seitliche Bewegungen der Zahnstange. Diese Bewegungen werden durch den Block 14 gedämpft. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist die Beanspruchungsgrenze durch den Metall-Metall-Kontakt zwischen der Zahnstange 1 und dem Auflagerp'olster 11 gegeben. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 wird eine schwere Beanspruchung der Zähne, die bei der Anordnung gemäß Fig. 4 auftreten könnte, vermieden. Hierdurch können die Teile leichter gebaut werden, als dies bei der Ausführung gemäß Fig. 4 der Fall ist.In the modification shown in Fig. 5, the spring assembly 10, 11, 12, through which the rack is pressed against the pinion 7 by a simple block 14 of elastic material replaced. This elastic material, e.g. B. rubber is housed in the gear housing 2. Block 14 only needs to be held in the housing 2 by a holding plate 15. In addition, will the noise development during operation of the gearbox, which is already greatly reduced by the bearing 13, even more suppressed. In particular, there is a pounding or rattling sound that occurs during the Embodiment according to FIG. 4 can still occur, avoided. A precise setting, possibly with the help of of washers to assemble the individual parts is not necessary as the Block 14 adjusted itself. Since the teeth Γ on the rack and the teeth on the pinion are the usual Have pressure angle, cause the axial shocks, which the rack 1 inevitable during operation is exposed to lateral movements of the rack. These movements are made possible by the Block 14 damped. In the embodiment according to FIG. 4, the stress limit is through the Metal-metal contact between the rack 1 and the Auflagerp'olster 11 given. In the embodiment according to FIG. 5, a heavy load is applied of the teeth, which could occur in the arrangement according to FIG. 4, avoided. This allows the parts be built more easily than is the case with the embodiment according to FIG.

Zum Schmieren der Teile ist der Raum in dem Gehäuse und den Faltenbälgen 4 mit öl oder Fett beschickt. Da durch die Bewegung der Zahnstange in dem Schmiermittel eine Pumpwirkung entsteht, sind Öffnungen 16 im Rohr 3 vorgesehen, durch die das Schmiermittel im Nebenschluß an dem Lager 13 vorbei zwischen dem Inneren des Rohres 3 und dem Inneren des an diesem Ende befestigten Faltenbalges 4 hin- und herfließen kann.To lubricate the parts, the space in the housing and the bellows 4 is filled with oil or grease loaded. Since the movement of the rack creates a pumping effect in the lubricant Openings 16 are provided in the tube 3 through which the lubricant bypasses the bearing 13 between the interior of the tube 3 and the interior of the bellows 4 attached to this end can flow back and forth.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Steering gear with rack and pinion for road vehicles, in which the rack is slidably mounted in the area of its meshing zone with the pinion and is extended at one end beyond the meshing zone, both ends of the rack being connected to a steering push rod and the extended end of the Rack is slidably mounted in a second remote from the combing zone bearing, characterized in that the remote bearing (13) consists of non-rigid material.

2. Steering gear according to claim 1, characterized in that that the remote bearing (13) consists of a fibrous material.

3. Steering gear according to claim 2, characterized in that the remote bearing (13) from Felt.

4. Steering gear according to claim 1, characterized in that the remote bearing (13) consists of an elastically deformable plastic.

5. Steering gear according to claims 1 to 3, characterized in that the material of the remote Bearing is interspersed with metal.

Considered publications:

German Patent No. 956199; German utility model No. 1746 369; French Patent Nos. 1134559,632359; British Patent No. 484 216.

1 sheet of drawings