DE19501761C1

DE19501761C1 - Zahnstangenlenkung

Info

Publication number: DE19501761C1
Application number: DE1995101761
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl Ing Bruehl
Original assignee: Daimler Benz AG; Mercedes Benz AG
Current assignee: ThyssenKrupp Presta Muelheim GmbH
Priority date: 1995-01-21
Filing date: 1995-01-21
Publication date: 1996-07-18
Anticipated expiration: 2015-01-22

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkung für Kraftfahr zeuge, deren Zahnstange mit einem den Zahnstangenhub steuern den Ritzel kämmt und deren Zahnstangenführung mit einem eine Längsnut aufweisenden Teil bzw. Bereich an der Zahnstange formschlüssig zu deren Verdrehsicherung zusammenwirkt.

Zahnstangenlenkungen besitzen zwar viele kinematische Vorzü ge. Jedoch ist die Unterbringung einer Zahnstangenlenkung in modernen Personenkraftwagen oftmals schwierig. Insbesondere kann die Zahnstange bei größeren Personenkraftwagen mit in Längsrichtung angeordneten Motoren nicht ohne weiteres so eingebaut werden, daß eine erwünschte Lenkkinematik mit mit tig an die Zahnstange angelenkten Spurstangen erreichbar ist. Eine grundsätzlich mögliche außermittige Anlenkung der Spur stangen an die Zahnstange führt regelmäßig zu einer stark er höhten Biegebeanspruchung der Zahnstange sowie zu Drehmomen ten bezüglich der Zahnstangenachse. Dadurch kann eine deut lich erhöhte Reibung auftreten, mit der Folge, daß die für optimale Zahnstangenlenkungen gegebene Leichtgängigkeit ver loren geht.

Aus der DE-AS 11 75 089 ist es bekannt, zur Verdrehsicherung der Zahnstange ein die Zahnstange gegen das Ritzel spannendes Druckstück mit einem Profilvorsprung zu versehen, der in eine entsprechend komplementäre Profilnut der Zahnstange eingreift und dieselbe innerhalb des Druckstückes drehfest führt. Damit kann auch bei außermittiger Anlenkung der Spurstangen eine Verdrehung der Zahnstange verhindert werden.

Durch die Profilnut wird jedoch die Biegesteifigkeit der Zahnstange vermindert, so daß Biegebeanspruchungen der Zahn stange leicht zu erhöhter Reibung bei Verschiebung der Zahn stange führen können.

Aus der DE-OS 26 58 786 ist eine Zahnstangenlenkung bekannt, deren Zahnstange verdrehbar geführt ist und federnd in eine mittlere Drehlage gespannt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, für eine Zahnstangenlenkung der eingangs angegebenen Art eine optimale Konstruktion auf zuzeigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Längsnut in einer bzw. nahe einer zahnstangenseitigen Axiale bene angeordnet ist, die bei aufgrund der Konstruktion der Zahnstangenlenkung zu erwartenden Biegebeanspruchungen der Zahnstange in einer neutralen Zone derselben liegt.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die zur Verdrehsicherung der Zahnstange vorgesehene zahnstangenseiti ge Längsnut außerhalb solcher Zonen des Zahnstangenquer schnittes anzuordnen, die bei zu erwartenden Biegebeanspru chungen der Zahnstange in erhöhtem Maße auf Zug bzw. Druck beansprucht werden. Auf diese Weise wird trotz Anordnung der Längsnut an der Zahnstange vermieden, daß die Zahnstange ge genüber Biegebeanspruchungen geschwächt wird. Vielmehr wird durch eine hohe Biegesteifigkeit eine erhöhte Reibung auf grund von Verbiegungen vermieden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorge sehen, die Zahnstange innerhalb eines dieselbe gegen das Rit zel spannenden Druckstückes mit Drehbeweglichkeit zu führen und durch den Formschluß zwischen Zahnstangenführung und Längsnut federnd in Richtung einer Mittellage zu drängen.

Hier wird der allgemeine Gedanke verwirklicht, zum Ausgleich von Verzahnungsungenauigkeiten eine gewisse Drehbeweglichkeit der Zahnstange zuzulassen, so daß die Verzahnungsungenauig keiten nicht zu Querbewegungen der Zahnstange gegen das Druckstück führen und damit die Reibung zwischen der Zahn stange und dem Druckstück erhöhen können.

Im übrigen ist bevorzugt vorgesehen, die Verdrehsicherung federnd auszubilden.

Bezüglich weiterer vorteilhafter Merkmale wird auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele verwiesen, die anhand der Zeichnung erläutert werden.

Dabei zeigt

Fig. 1 ein Schnittbild einer erfindungsgemäßen Zahnstangen lenkung, wobei die Schnittebene quer zur Zahnstangen achse liegt und die Ritzelachse enthält,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das die Zahnstange gegen das Ritzel spannende Druckstück entsprechend dem Pfeil II in Fig. 1,

Fig. 3 ein Schnittbild der Druckstückes entsprechend der Schnittebene III-III in Fig. 1,

Fig. 4 ein Schnittbild des Druckstückes entsprechend der Schnittebene IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5 ein der Fig. 4 entsprechendes Schnittbild einer abge wandelten Ausführungsform und

Fig. 6 ein der Fig. 1 entsprechendes Schnittbild einer abge wandelten Ausführungsform.

Gemäß Fig. 1 kämmt eine Zahnstange 1, die in Querrichtung geschnitten dargestellt ist, mit einem Ritzel 2, gegen das die Zahnstange 1 mittels eines auf einer Federung 3 abge stützten Druckstückes 4 federnd angedrückt wird, welches in nicht dargestellten Führungen eines Zahnstange 1 und Druckstück 4 zumindest teilweise aufnehmenden Gehäuses spielfrei bzw. praktisch spielfrei geführt sein kann. Bei Drehung des Ritzels 2 führt also die Zahnstange 1 eine Verschiebung senkrecht zur Zeichnungsebene aus.

Die Zahnstange 1 besitzt einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt mit einer druckstückseitigen, V-förmigen Längs nut 5, welche symmetrisch zu einer axialen Längsebene 6 der Zahnstange 1 angeordnet ist. Dabei ist die Längsnut 5 so angeordnet, daß die Längsebene 6 bei zu erwartenden Biege beanspruchungen der Zahnstange 1 in einer neutralen Zone des Zahnstangenquerschnittes liegt. Bei den aufgrund der Konstruktion der Zahnstangenlenkung zu erwartenden Verbie gungen der Zahnstange 1 wird also der Bereich der Längs ebene 6 weder auf Zug noch Druck beansprucht. Die höchsten Druck- bzw. Zugbeanspruchungen treten in den von der Längs ebene 6 entferntesten Querschnittsbereichen der Zahnstange 1 auf.

Die zahnstangenseitige Fläche des Druckstückes 4 hat eine im wesentlichen zum Zahnstangenquerschnitt gegengleiche Form, wobei auf dieser Fläche ein flächiges Gleitstück 7 aus Kunststoff oder einem anderen reibungsarmen Material an geordnet ist. Dieses Gleitstück kann als Kunststoffspritz gußteil ausgebildet sein.

Das Gleitstück 7 ist auf dem Druckstück 4 unverschiebbar gehaltert. Dazu besitzt das Gleitstück 7 an den in Ver schieberichtung der Zahnstange 1 vorderen und hinteren Randbereichen abgewinkelte Stege 8, die die entsprechenden Seiten des Druckstückes 4 überlappen bzw. das Druckstück 4 formschlüssig umgreifen.

Im Bereich der Längsnut 5 der Zahnstange 1 besitzen das Druckstück 4 und das Gleitstück 7 ein passendes Dach profil. Innerhalb dieses Dachprofiles weist das Druck stück 4 eine schmale mittige Nut 9 auf, in die ein flachbandartiger Fortsatz des Gleitstückes 7 hinein ragt. In den gleitstückseitigen Dachflächen des Dachpro files sind U-förmige Schlitze 10 derart ausgebildet, daß im Bereich der Dachspitze gehalterte Federzungen 11 gebildet werden, deren von der Dachspitze entfernte Bereiche mit vorzugebender Vorspannung an den Flanken der Längsnut 5 der Zahnstange 1 anliegen und zwischen diesen Flanken und den Flächen des druckstückseitigen Dachpro files einen gewissen Bewegungsspielraum haben, so daß sich die Zahnstange 1 innerhalb des Druckstückes 4 etwas um die Zahnstangenachse zu drehen vermag. Bei diesen Verdrehungen der Zahnstange 1 wird durch die Federzungen 11 eine Rückstellkraft erzeugt.

Die von der Dachspitze entfernten Endbereiche der Feder zungen 11 können gemäß Fig. 4 blattfederartig gewölbt ausgebildet sein, wobei der mittlere konvexe Bereich mit Federspannung an einer Flanke der Längsnut 5 der Zahnstange 1 und die Randbereiche auf einer der Schräg flächen des dachförmigen Vorsprunges des Druckstückes 4 federnd aufliegen.

Gemäß Fig. 5 kann der genannte Randbereich der Feder zungen 11 auch wellenförmig ausgebildet sein, wobei die Wölbungen auf der einen Seite einer Wandung der Längsnut 5 der Zahnstange 1 und die Wölbungen auf der anderen Seite der gegenüberliegenden Schrägfläche des dachförmigen Vor sprunges am Druckstück 4 zugeordnet sind bzw. auf der jeweils genannten Fläche aufliegen.

Im Beispiel der Fig. 1 wurde davon ausgegangen, daß die Federzungen 11 ständig mit Vorspannung an den Flanken der Längsnut 5 anliegen. Gemäß Fig. 6 besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Federzungen 11 so auszubilden, daß sie erst bei einer geringfügigen Verdrehung der Zahn stange 1 aus einer Normallage zur Anlage an den Flanken der Längsnut 5 kommen.

Die dargestellte Anordnung funktioniert wie folgt:
Soweit die Zahnstange 1 auf Biegung beansprucht wird, treten Zug- bzw. Druckspannungen nur in den Querschnitts bereichen außerhalb der Ebene 6 auf, welche im dargestell ten Beispiel aufgrund der Konstruktion der Zahnstangen lenkung in einer neutralen Zone liegen möge. Da die zur Verdrehsicherung der Zahnstange 1 dienende Längsnut 5 im Bereich dieser neutralen Zone angeordnet ist, kann die Längsnut 5 bei den konstruktiv zu erwartenden Biegebe anspruchungen der Zahnstange 1 zu keinerlei Schwächung derselben führen. Somit bietet die Zahnstange 1 den Biegebeanspruchungen einen großen Widerstand. Im übrigen können eventuell gleichwohl noch auftretende Verbiegungen zu keinerlei Verklemmungen zwischen Druckstück 4 und Zahnstange 1, insbesondere im Bereich der Längsnut 5, führen.

Falls die Zahnstange 1 bei Stellhüben aufgrund von Ver zahnungsungenauigkeiten an der Zahnstange 1 bzw. am Ritzel 2 drehend bewegt wird, ist eine solche Drehbe wegung um die Zahnstangenlängsachse möglich, ohne daß das Druckstück 4 gegen die Kraft seiner Federung 3 vom Ritzel 2 entfernt wird. Denn aufgrund der erfin dungsgemäßen Anordnung besitzt die Zahnstange 1 inner halb des Druckstückes 4 eine gewisse, konstruktiv vorge gebene Drehbeweglichkeit mit federnder Rückstellung.

Die Federzungen 11 drängen die Zahnstange 1 bei einer eventuellen Drehbewegung ständig in eine Mittellage bzw. in eine der Mittellage nahe benachbarte Stellung zurück, wobei durch die konstruktive Ausgestaltung der Feder zungen 11 bzw. der damit zusammenwirkenden Nut 5 in der Zahnstange 1 beliebige Kennlinien bezüglich der Relation zwischen einer Verdrehung der Zahnstange 1 und einer der Verdrehung entgegenwirkenden Rückstellkraft realisiert werden können.

Soweit durch Kräfte oder Stöße, die beispielsweise von den Fahrzeugrädern ausgehen können, stärkere Dreh momente auf die Zahnstange 1 ausgeübt werden, wird jeweils eine Federzunge 11 vollständig zwischen einer Flanke der Längsnut 5 und der gegenüberliegenden Schrägfläche des dachförmigen Vorsprunges des Druckstückes 4 niederge drückt, so daß die genannten Flächen über die niederge drückte Federzunge 11 anschlagartig zusammenwirken und ein Weiterdrehen der Zahnstange 1 verhindern.

Abweichend von der dargestellten Ausführungsform kann die Längsnut 5 in der Zahnstange 1 auch trapezförmig oder halbrund ausgebildet sein. Druckstück 4 und Gleit stück 7 besitzen dann im Bereich dieser Nut 5 eine entsprechende Ausgestaltung.

Claims

1. Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge, deren Zahnstange mit einem den Zahnstangenhub steuernden Ritzel kämmt und de ren Zahnstangenführung mit einem eine Längsnut aufweisenden Teil bzw. Bereich an der Zahnstange formschlüssig zu deren Verdrehsicherung zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsnut (5) in einer bzw. nahe einer zahnstangensei tigen Axialebene (6) angeordnet ist, die bei aufgrund der Konstruktion der Zahnstangenlenkung zu erwartenden Biegebean spruchungen der Zahnstange (1) in einer neutralen Zone der selben liegt.

2. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (1) innerhalb eines dieselbe gegen das Ritzel (2) spannenden Druckstückes (4) mit Drehbeweglichkeit geführt ist und durch den Formschluß zwischen Zahnstangenfüh rung und Längsnut (5) federnd in Richtung einer Mittellage gedrängt wird.

3. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Flanken eines in die Längsnut (5) der Zahnstange (1) eingreifenden dach- oder trapezförmigen Vorsprunges der Zahnstangenführung (4) Federzungen (11) angeordnet sind, wel che mit den Flanken der Längsnut (5) zusammenwirken.

4. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federzungen (11) gegen die Flanken der Längsnut (5) vorgespannt sind.

5. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federzungen (11) in einer Mittellage der Zahnstange (1) ohne Vorspannung sind.