DE19956839A1

DE19956839A1 - Getriebe

Info

Publication number: DE19956839A1
Application number: DE1999156839
Authority: DE
Inventors: Gerd Speidel; Edwin Genal; Pius Haaf; Bernhard Laudenbacher
Original assignee: Mercedes Benz Lenkungen GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Presta Muelheim GmbH
Priority date: 1999-11-26
Filing date: 1999-11-26
Publication date: 2001-05-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit einem Ritzel 4 und einer Zahnstange 2, wobei das Ritzel 4 drehbar in einem Gehäuse 1 gelagert ist und die Zahnstange 2 in Abhängigkeit von einer Drehung des Ritzels 4 linear verlagerbar in dem Gehäuse 1 gelagert ist, und wobei im Bereich eines Eingriffs des Ritzels 4 in die Zahnstange 2 ein vorgespanntes Widerlager 6 zur Aufnahme von Radialkräften angeordnet ist, wobei das Widerlager 6 einen die Zahnstange 2 ringförmig umgebenden Grundkörper 7 und ein Gleitlagerelement 8 aufweist, wobei das Gleitlagerelement 8 dem Eingriff gegenüber von einem Federelement 9 radial in Richtung auf die Zahnstange 2 zu vorgespannt ist und die Zahnstange 2 auf das Ritzel 4 zu drängt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bei derartigen Getrieben entsteht bei einer Kraftübertragung von dem Ritzel auf die Zahnstange oder umgekehrt im Bereich der Verzahnung eine Radialkraft bezüglich der Bewegungsrichtung der Zahnstange. Diese Radialkraft drängt die beiden miteinander im Eingriff befindlichen Getriebeglieder auseinander und erzeugt in der Verzahnung folglich ein Spiel. Dieses Spiel wird, wenn es unerwünscht ist, von im Getriebegehäuse angeordneten Druckstücken kompensiert. Diese Druckstücke sind in einem eigenen Ansatz des Getriebegehäuses angeordnet und drängen unter einer Federbelastung die Zahnstange in Richtung auf das Ritzel. Die Anordnung dieses Druckstücks umfaßt neben dem Druckstück selbst und dem Gehäuseabschnitt üblicherweise eine Schraubenfeder sowie einen angeschraubten Druckstückdeckel, mit dem gegebenenfalls auch die Vorspannung der Schraubenfeder einstellbar ist. Insgesamt ist diese Anordnung des Druckstücks aufwendig und damit relativ teuer.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem gattungsgemäßen Getriebe die Anordnung des Widerlagers zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird von einem Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weil das Widerlager einen die Zahnstange ringförmig umgebenden Grundkörper und ein Gleitlagerelement aufweist, wobei das Gleitlagerelement dem Eingriff gegenüber von einem Federelement radial in Richtung auf die Zahnstange zu vorgespannt ist und die Zahnstange auf das Ritzel zudrängt, kann der ringförmige Grundkörper in das Gehäuse des Getriebes eingesetzt werden, wo er die Zahnstange umgibt. Eine spezielle Gehäuseausbildung für die Anordnung des Druckstücks und insbesondere eine für den späteren Gebrauch zu verschließende Öffnung des Gehäuses im Bereich des Druckstücks erübrigt sich hierdurch. Eine einfache und zuverlässige Montagemöglichkeit ergibt sich, wenn das Gleitlagerelement die Zahnstange ringförmig umgibt. Das Federelement ist vorzugsweise ein gummielastisches Formteil, das zwischen dem Grundkörper und dem Gleitlagerelement einliegt. Das Federelement ist dabei in einer bevorzugten Ausführungsform im Radialschnitt sichelförmig gestaltet.

Eine besonders einfache Möglichkeit der Montage des Widerlagers im Getriebe ergibt sich, wenn das Gehäuse im wesentlichen rohrförmig ist und das Widerlager in einem Sitz in dem Gehäuse angeordnet ist. Der Mittelpunkt des Gleitlagerelements ist für eine gute Funktion des Widerlagers gegenüber dem Mittelpunkt des Grundkörpers verschoben. Weiter ist das Widerlager vorzugsweise in der linearen Richtung der Bewegung der Zahnstange gegenüber dem Eingriffspunkt des Ritzels in die Zahnstange beabstandet.

Das Gleitlagerelement wird vorzugsweise aus einem selbstschmierenden Kunststoff gefertigt, insbesondere aus einem Polyamid mit einem eingelagerten PTFE-Anteil, oder aus einer vergleichbaren Materialpaarung. Ein bevorzugter Werkstoff für das Federelement ist ein Elastomer.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn eine Zahnstangenlenkung eines Kraftfahrzeugs mit einem insoweit beschriebenen Getriebe versehen ist.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Getriebe in einem Querschnitt in Axialrichtung der Zahnstange;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1; sowie

Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Widerlager in einer perspektivischen Explosionsdarstellung.

In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Getriebe in einem Querschnitt dargestellt. Das Getriebe umfaßt ein im wesentlichen rohrförmiges Getriebegehäuse 1, in dem axial beweglich eine Zahnstange 2 gelagert ist. Die Zahnstange 2 ist an ihrer Oberseite mit einer Verzahnung 3 versehen, in die ein Ritzel 4 mit einer entsprechenden komplementären Zahnung 5 eingreift. Das Ritzel 4 ist drehbar in dem Getriebegehäuse 1 gelagert. Unmittelbar neben dem Ritzel 4 ist in dem Getriebegehäuse 1 ein Widerlager 6 angeordnet, das einen äußeren, ringförmigen Grundkörper 7, ein ringförmiges Gleitlagerelement 8 und ein abschnittsweise zwischen dem Grundkörper 7 und dem Gleitlagerelement 8 angeordnetes Federelement 9 aufweist.

In der Fig. 2 ist das Widerlager 6 in einem Querschnitt entlang der Linie I-I gemäß Fig. 1 dargestellt. Gleiche Bauelemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Das Getriebegehäuse 1 aus der Fig. 1 ist zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Es ist ersichtlich, daß der Grundkörper 7 des Widerlagers 6 einen im wesentlichen kreisringförmigen Querschnitt aufweist. Ebenso ist das Gleitlagerelement 8 im Querschnitt kreisringförmig gestaltet. Zwischen dem Grundkörper 7 und dem Gleitlagerelement 8 ist das Federelement 9 angeordnet, das im Querschnitt sichelförmig gestaltet ist und das Gleitlagerelement 8 gegen die gegenüberliegende Innenwandung des Grundkörpers 7 drängt.

Im freien Querschnitt des Gleitlagerelements 8 ist die im wesentlichen runde Zahnstange 2 angeordnet, wobei der Querschnitt im Bereich der Verzahnung 3 dachförmig abgeschrägt ist und dort die Verzahnung 5 des Ritzels 4 eingreift.

Die Fig. 3 zeigt das Widerlager 6 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung. Der ringförmige Grundkörper 7 des Widerlagers ist an seiner Außenseite kreiszylindrisch und an seiner Innenseite mit einer nahezu über die gesamte Breite gehenden Nut mit kastenförmigem Querschnitt versehen. In dieser Nut sind in der aus Fig. 1 ersichtlichen Position das im Querschnitt sichelförmige Federelement 9 und das ringförmige Gleitlagerelement 8 angeordnet.

Zur Fertigung eines erfindungsgemäßen Getriebes wird das rohrförmige Getriebegehäuse 1 im Bereich neben dem Ritzel 4 mit einem Sitz für das Widerlager 6 versehen. Dies kann ein bearbeiteter Sitz sein, wie er für Lagersitze üblich ist. Es kann auch vorgesehen sein, das Widerlager 6 mit einem Preßsitz in einem einfachen rohrförmigen Getriebegehäuse 1 ohne weitere Bearbeitung der Innenseite des Getriebegehäuses 1 an dieser Stelle anzuordnen. Sodann wird die Zahnstange 2 von der Seite her in das Lenkgehäuse 1 eingeführt, wobei diese in den an sich bekannten Zahnstangenführungen gelagert wird.

Das Getriebegehäuse 1 kann beispielsweise aus einem Stahlrohr gefertigt sein. Auch Aluminiumdruckguß oder Kunststoffspritzguß sind mögliche Fertigungsverfahren für das Getriebegehäuse 1. Das Widerlager 6 wird vorzugsweise mit einem Grundkörper 7 aus einem Kunststoff gefertigt, der zur Erhöhung der Steifigkeit mit einer umlaufenden Metallarmierung versehen sein. Das Federelement 9 kann ein gummielastisches Federelement sein, beispielsweise ein Streifen aus einem Elastomer. Schließlich ist vorgesehen, das Gleitlagerelement 8 aus einem selbstschmierenden Kunststoff zu fertigen, z. B. aus einem Polyamid mit eingelagertem Gleitmittel (PTFE oder Graphit). In der Praxis treten bei einer Kraftübertragung von dem Ritzel 4 über die Verzahnung 5, 3 auf die Zahnstange 2 und umgekehrt Radialkräfte bezüglich der Bewegungsrichtung der Zahnstange auf. Diese Radialkräfte drängen die Verzahnung im Bereich des Eingriffs zwischen den Verzahnungen 5 und 3 auseinander. Dies führt im Eingriff zu einem Zahnflankenspiel, das bei Präzisionsgetrieben nicht erwünscht ist. Diese Radialkräfte werden in unmittelbarer Nachbarschaft zu ihrem Entstehungsort von dem Gleitlagerelement 8 auf das Federelement 9 übertragen, das hier federnd und abstützend wirkt. Das Federelement 9 selbst bewirkt im Ruhezustand eine Vorspannung der Zahnstange 2 in Richtung auf das Ritzel 4. Bei ausreichender Dimensionierung des Widerlagers 6 kann in jedem Betriebszustand des Getriebes eine Spielfreiheit des Eingriffs zwischen den Verzahnungen 3 und 5 gewährleistet sein.

Die Erfindung wurde anhand eines Getriebes mit einer im wesentlichen runden Zahnstange beschrieben. Nicht dargestellt ist eine Ausführungsform, bei der die Zahnstange auf die der Verzahnung 3 gegenüberliegenden Seite eine etwa Y-förmige Gestaltung aufweist. Eine derartige Zahnstange kann ebenfalls mit dem beschriebenen Widerlager abgestützt werden, indem die Kontur des Gleitlagerelements 8 auf der der Zahnstange 2 zugewandten Innenseite entsprechend angepaßt wird. In diesen Fällen kann das Federelement 9 auch mit einer anderen, an die Gestalt des Gleitlagerelements 8 angepaßten Kontur versehen werden.

Besondere Vorteile ergeben sich bei der Anwendung eines erfindungsgemäßen Getriebes in einer Kraftfahrzeuglenkung. Derartige Lenkungen sind zum einen im Betrieb mit relativ hohen Drehmomenten am Ritzel 4 und entsprechenden Querkräften auf die Zahnstange 2 belastet. Außerdem werden hohe Anforderungen an die Spielfreiheit des Eingriffs zwischen den Verzahnungen 3 und 5 gestellt. Die dargestellte Lösung zur Sicherung der Spielfreiheit mit einem in das Getriebegehäuse 1 eingesetzten, die Zahnstange umgreifenden Widerlager ist hierbei vorteilhaft, da zum einen das Getriebegehäuse 1 nur geringfügig oder gar nicht für den Einsatz des Widerlagers 6 bearbeitet werden muß. Weiter ist das Widerlager 6 selbst im Vergleich zu den bekannten Lösungen, in denen ein Druckstück verwendet wird, relativ preiswert zu fertigen. Schließlich ist im Betrieb, insbesondere bei Lastrichtungswechseln mit hohen Amplituden eine geringere Geräuschentwicklung im Bereich des Widerlagers 6 möglich.

Claims

1. Getriebe mit einem Ritzel (4) und einer Zahnstange (2), wobei das Ritzel (4) drehbar in einem Gehäuse (1) gelagert ist und die Zahnstange (2) in Abhängigkeit von einer Drehung des Ritzels (4) linear verlagerbar in dem Gehäuse (1) gelagert ist, und wobei im Bereich eines Eingriffs des Ritzels (4) in die Zahnstange (2) ein vorgespanntes Widerlager (6) zur Aufnahme von Radialkräften angeordnet ist, da durch gekennzeichnet, dass das Widerlager (6) einen die Zahnstange (2) ringförmig umgebenden Grundkörper (7) und ein Gleitlagerelement (8) aufweist, wobei das Gleitlagerelement (8) dem Eingriff gegenüber von einem Federelement (9) radial in Richtung auf die Zahnstange (2) zu vorgespannt ist und die Zahnstange (2) auf das Ritzel (4) zu drängt.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlagerelement (8) die Zahnstange (2) ringförmig umgibt.

3. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (9) ein gummielastisches Formteil (9) ist, das zwischen dem Grundkörper (7) und dem Gleitlagerelement (8) einliegt.

4. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (9) im Radialschnitt sichelförmig ist.

5. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) im wesentlichen rohrförmig ist und das Widerlager (6) in einem Sitz in dem Gehäuse (1) angeordnet ist.

6. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der . Mittelpunkt des Gleitlagerelements (8) gegenüber dem Mittelpunkt des Grundkörpers (7) verschoben ist.

7. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (6) in der linearen Richtung gegenüber dem Eingriff (3, 5) beabstandet ist.

8. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlagerelement (8) aus einem selbstschmierenden Kunststoff gefertigt ist, insbesondere aus einem Polyamid mit eingelagertem PTFE-Anteil.

9. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (9) aus einem Elastomer gefertigt ist.

10. Zahnstangenlenkung für ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.