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Die
Erfindung betrifft ein Druckstücksystem zur einstellbaren
seitlichen Unterstützung einer Zahnstange insbesondere
für eine Lenkung von Fahrzeugen, mit einem in Einstellrichtung
in einem Führungskanal einer Führung vorzugsweise
linear geführten Druckstück, und einer Einstellvorrichtung, die
zur Lageveränderung des Druckstücks in dem Führungskanal
und damit zur Einstellung der seitlichen Unterstützung
der Zahnstange kraftwirksam mit dem Druckstück gekoppelt
ist, wobei das Druckstück an einem in Einstellrichtung
hinteren Ende eine Aufnahme mit einer Druckfläche (15)
zum Andrücken an die Zahnstange aufweist.
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Das
gattungsgemäße Druckstücksystem wird
insbesondere in der Lenkung zur Führung und Abstützung
einer Zahnstange eingesetzt. Eine derartige Zahnstange muss insbesondere
im Bereich ihres Gewindeeingriffes mit Bauteilen der Lenkung, wie zum
Beispiel mit einer Gewindeschnecke, unterstützt werden.
In dem Druckstücksystem ist die Zahnstange rotatorisch
um und/oder translatorisch entlang ihrer Drehachse in der Aufnahme
gelagert, wobei die Einstellrichtung möglichst senkrecht
zur Drehachse der Zahnstange ausgerichtet ist. Die Aufnahme weist in
der Regel einen Aufnahmeraum mit der Druckfläche für
die Zahnstange auf, der zur Aufnahme der Zahnstange quer zur Einstellrichtung
bezüglich derselben radial zumindest zu einer Seite hin
offen ist. In Anpassung an die jeweilige Zahnstange und deren Lagerung,
ist der Auf nahmeraum in der Regel teilkreiszylindrisch ausgebildet.
Somit dient das Druckstücksystem zur linearen Führung
der Zahnstange unter Last sowie zur seitlichen Abstützung
insbesondere bei Schrägverzahnung der Zahnstange.
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Im
Wesentlichen weisen derartige Zahnstangen Zahnstangenrücken
mit Halbrundprofil oder mit Trapezprofil auf. Beide Profile stellen
eine hohe Anforderung an die Fertigungstoleranzen aller sich berührender
Bauteile. Bereits ein geringes Spiel führen zu Verschleiß und
Geräuschsentwicklung. Zur Minderung dessen werden im Stand
der Technik beispielsweise Druckstücke aus Leichtmetall
eingesetzt, die in der Regel mit einem Gleitbelag zur Verschleißminderung
bestückt sind. In der
DE 24 02 062 A wird vorgeschlagen, in der
Aufnahme zusätzlich eine Folie aus Polytetrafluorethylen
zu fixieren, welches üblich durch Kleben oder Festklemmen
erfolgt. Üblich sind auch Glasfaser verstärkte
Polytetrafluorethylenfolien, die, wie in der
DE 38 31 646 C2 offenbart,
mittels Formschlussverbindung durch Ultraschallanwendung mit der
Aufnahme verbunden werden können. In der
De 60 2005 002 341 T2 werden
in der Aufnahme aufwendig mehrere Bereiche mit unterschiedlichen
elastisch/plastischen Eigenschaften und Reibungskoeffizienten vorgeschlagen.
All diese Maßnahmen sind fertigungstechnisch aufwendig
und kostenintensiv und sind hinsichtlich Verschleiß, Geräuschsentwicklung
und Standzeiten noch nicht ausreichend. Ferner ist eine vorteilhaft
zumindest über längere Betriebszeit erreichbare
permanent spielfreie seitliche Lagerung der Zahnstange kaum erreichbar, die
wiederum eine präzisere Führung der Zahnstange
in bezüglich der Drehachse seitlicher Richtung ermöglicht.
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Aufgabe
der Erfindung ist, ein gattungsgemäßes Druckstücksystem
bereitzustellen, dass zumindest eines der zuvor beschriebenen Nachteile nachhaltig
beseitigt.
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Die
gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen werden
in den Unteransprüchen beschrieben. Die gestellte Aufgabe
wird bereits dadurch gelöst, dass das Druckstück
zu seiner zumindest partiellen innenwandseitigen Anlage im Führungskanal
bezüglich zumindest einer zur Einstellrichtung radialen
Richtungskompomente vergrößerbar oder aufweitbar,
insbesondere spreizbar, ist. Unter Vergrößerung
wird eine Erweiterung der Abmessungen insbesondere der Außenkontur
des Druckstückes verstanden, ohne dass hierzu ein Materialzutrag
oder -Auftrag erfolgt.
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Das
Druckstück ist somit so ausgelegt, dass es unter Druckbelastung
durch die in der Aufnahme angeordnete Zahnstange bezüglich
der Einstellrichtung innwandig zumindest partiell an dem Führungskanal
anliegt. Damit kann ein stabiler spielfreier seitlicher Halt der
Zahnstange zumindest bezüglich der radialen Richtung in
der Aufnahme erzielt werden. Die Vergrößerung
oder Aufweitung des Druckstückes erfolgt unter Anlage des
Druckstückes in Einstellrichtung an der Zahnstange, sodass
es ebenfalls spielfrei an der Zahnstange anliegen kann. Das Druckstück kann
somit spielfrei an der Innenwandung des Führungskanals
und spielfrei an der Zahnstange anliegen. Das Druckstück
kann sich in dieser spielfreien Anlage keilartig zwischen Innenwandung
des Führungskanals und der Zahnstange erstrecken. Hierbei kann
die Zahnstange in der Aufnahme widergelagert sein. Somit ist die
Zahnstange bezüglich der Einstellrichtung und der radialen
Richtung spielfrei lagerbar. Dies wiederum ermöglicht eine
sehr präzise Führung der Zahnstange in seitlicher
Richtung. Diese spielfreie Lagerung kann permanent sein. Solange
das Druckstück spielfrei gegen die Zahnstange gedrückt bleibt,
bleibt auch dessen spielfreie Anlage innenwandig des Führungskanals
erhalten. Da das Druckstück zur innenwandigen Anlage an
den Führungskanal hin vergrößert oder
aufgeweitet werden kann, können die Bauteiltoleranzen für
den Führungskanal und das Druckstück wesentlich
weiter als üblich sein, welches die Herstellung des Druckstücksystems
erheblich verbilligt. Es liegt auf der Hand, dass das Lagerspiel
der Zahnstange auch beliebig eingestellt werden kann, indem eine
entsprechende Anlage mit gewünschtem Spiel an dem Führungskanal
erfolgt. Dies kann von Vorteil beispielsweise bei einer drehbaren
Lagerung einer Drehspindel in dem Druckstücksystem sein.
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Vorzugsweise
ist das Druckstück so in dem Druckstücksystem
angeordnet, dass es zumindest in einer ersten bezüglich
der Einstellrichtung radialen Richtungskomponente vergrößerbar
bzw. aufweitbar, insbesondere spreizbar, und seitlich an die Zahnstange
anlegbar ist. In dieser ersten radialen Richtung kann der Aufnahmeraum
für die Zahnstange zu deren seitlichen Abstützung
begrenzt werden. Somit kann die Vergrößerung oder
Aufweitung, insbesondere Spreizung, senkrecht zu einer Längserstreckung
des Aufnahmeraumes zur Aufnahme der Zahnstange in ihrer Längserstreckung
und senkrecht zur Einstellrichtung der Zahnstange erfolgen. Mit dem
Gegendrücken des Duckstücks gegen die in der Aufnahme
angeordnete Zahnstange kann das Druckstück in erster radialer
Richtung permanent spielfrei gegen die Innenwand des Führungskanals
gepresst werden. Hierdurch ist eine sehr präzise Führung
der Zahnstange in seitlicher Richtung möglich.
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In üblicher
Weise können das Druckstück bzw. das Druckstücksystem
jeweils eine Zylindergeometrie aufweisen.
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Zur
Aufweitung des Druckstücks kann das Druckstück
einen Schlitz oder Einschnitt aufweisen, der gegen Einstellrichtung
von einem in Einstellrichtung hinteren Ende in das Druckstück
eingebracht ist. Dieser Schlitz kann soweit sich zu einem in Einstellrichtung
vorderen Ende des Druckstücks erstrecken, dass lediglich
ein geringer Teilbereich ungeschlitzt erhalten bleibt, der vorzugsweise
gleich einem Foliengelenk wirkt, an dem das Druckstück
sich durch Verschwenken der beiden durch den Schlitz getrennten
Teilstücke so aufweitet, dass die Teilstücke in
erster radialer Richtung gegen die Innenwand des Führungskanals
gepresst werden.
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In
einer bevorzugten kostengünstigen Ausbildungsform des Druckstücksystems
weist das Druckstück eine Teilung in zwei Teilstücke
mit einer die Einstellrichtung enthaltenen Teilungsebene auf. Die
Teilstücke können senkrecht zur Teilungsebene und
insbesondere in zumindest der ersten radialen Richtungskomponente
in dem Führungskanal relativ zueinander lageveränderbar
bzw. bewegbar angeordnet sein. Somit kann die Aufweitung des Druckstücks
allein durch die Relativbewegung der beiden Teilstücke
voneinander erfolgen. Aus der Geometrie ergibt sich, dass die Teilungsebene
senkrecht zu der ersten radialen Richtung angeordnet sein kann.
Somit können die Teilstücke in einer Einbaulage
in der Teilungsebene aneinander anliegen und sich mit Gegenführen
bzw. Gegenpressung des Teilstückes gegen die Zahnstange
zur innenwandigen Anlage in dem Führungskanal zumindest
mit einer radialen Richtungskomponente in insbesondere erster radialer
Richtung senkrecht zur Teilungsebene und senkrecht zur Einstellrichtung
voneinander lösen.
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Das
Druckstück kann eine in Einbaulage in Einstellrichtung
angeordnete Mittellängsachse aufweisen, wobei die Teilungsebene
die Mittenlängsachse des Druckstücks enthält.
Ferner kann die Teilungsebene Spiegelsymmetrieebene des Druckstücks
sein. Somit können die beiden Teilstücke formidentisch
sein, welches die Herstellungskosten des Druckstücksystems
weiter senkt. Ferner kann über die Spiegelsymmetrie der
beiden Teilstücke eine kraftmechanisch günstige
Kraftverteilung insbesondere bezüglich der Kräfte
erzielt werden, mit denen die Teilstücke innenseitig gegen
den Führungskanal gepresst werden, sodass die hierdurch
erzielbare Lagerung des Druckstücks in dem Führungskanal ebenfalls
symmetrisch und damit gleichmäßig erfolgen kann.
Da das Druckstück bzw. die Teilstücke des Druckstücks
unter Anpresskraft in dem Führungskanal spielfrei gelagert
sind, müssen das Druckstück bzw. die Teilstücke
des Druckstücks nicht in sonst üblichen engen
Toleranzen gefertigt werden, sodass hierdurch die Fer tigungskosten
für das Druckstücksystem weiter gesenkt werden
können.
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Die
Führung kann so ausgebildet sein, dass sie zumindest das
Druckstück mit der Aufnahme in radialer Richtung vollständig
umgibt und dadurch zumindest in den überwiegenden Bereichen
radial abstützt. Hierzu kann im Bereich der Aufnahme des Druckstückes
der Führungskanal senkrecht zur ersten radialen Richtung
und zur Einstellrichtung, d. h. in Längsrichtung der Zahnstange
unter Ausbildung einer sich in dieser Richtung längserstreckenden
Rinne ausgebildet sein. Infolge ihrer radialen Abstützung durch
den Führungskanal kann die Aufnahme verstärkt
lagestabil gehalten werden, welches die spielfreie Lagerung des
Druckstückes in dem Führungsraum weiter verbessert.
Mittels der Rinne kann die Zahnstange kraftmechanisch günstig
auch in an der Aufnahme in axialer Richtung der Zahnstange anschließenden
Bereichen gestützt und gehalten werden.
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Die
Einstellvorrichtung kann in einer bevorzugten Ausbildung des Druckstücksystems
eine in Einstellrichtung vor dem Druckstück angeordnete Druckaufnahmevorrichtung
für das Drückstück aufweisen. In der
Druckaufnahmevorrichtung kann das Druckstück bzw. die die
Teilstücke des Druckstücks zumindest mit einer
Bewegungskomponente in radialer Richtung bzw. relativ voneinander
in radialer Richtung bewegbar angeordnet sein. Da infolge der Teilung
des Druckstücks auch die Aufnahme für die Zahnstange
und zwar mittig in Längsrichtung der Zahnstange geteilt
sein kann, können mit Gegenpressen des Druckstücks
gegen die Zahnstange in Einstellrichtung die Teilstücke
des Druckstücks in erster radialer Richtung auseinander
und damit innenseitig entgegen den Führungskanal gepresst werden.
Je stärker somit das Druckstück gegen die Zahnstange
spielfrei gepresst wird, desto stärker kann demgemäß die
seitliche spielfreie Lagerung des Druckstücks in den Führungskanal
erfolgen. Damit wird zudem jegliches Klappern oder dergleichen, d.
h. eine leicht als störend empfun dene Geräuschsentwicklung
erfolgreich stark minimiert, wenn nicht sogar gänzlich
verhindert werden.
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Die
Teilstücke können translatorisch und/oder in einer
Schwenkbewegung mit einer Schwenkachse, die senkrecht zur Einstellrichtung und
in der Teilungsebene angeordnet ist, zueinander bewegbar angeordnet
sein.
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Die
Druckaufnahmevorrichtung kann in einer weiter bevorzugten Ausbildung
des Druckstücksystems eine in Einstellrichtung vor dem
Druckstück angeordnete Verteilerscheibe zur Druckeinleitung
in das Druckstück aufweisen.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausbildung des Druckstücksystems
kann die Verteilerscheibe zumindest eine schiefe Ebene aufweisen,
an der das Druckstück bzw. die Teilstücke des
Druckstücks mit einer Bewegungskomponente vorzugsweise
in erster radialer Richtung hin abgleiten können. Demgemäß kann
die schiefe Ebene einen Normalenvektor aufweisen, der bezüglich
der Einstellrichtung eine radial nach außen weisende Richtungskomponente
(vorzugsweise in erster radialer Richtung) und zudem eine axiale
Richtungskomponente in Einstellrichtung aufweist.
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Vorzugsweise
weist die schiefe Ebene zu einer Ebene senkrecht zur Einstellrichtung
einen Ebenenwinkel auf, der kleiner 45°, insbesondere kleiner 25° oder
idealerweise zumindest etwa 15°, beträgt. Wie
unmittelbar einsichtig, kann über die Größe
des Ebenenwinkels gleichzeitig die Höhe der radialen Richtungskomponenten
bestimmt werden, durch die das Druckstück bzw. die Teilstücke
bevorzugt erster radialer Richtung innenseitig gegen den Führungskanal
gepresst werden können. Somit kann über die Wahl
des Ebenenwinkels zugleich die Spielfreiheit des Druckstücks
in dem Führungskanal eingestellt werden. Die Wahl des Ebenenwinkels
kann von den zu erwartenden Reibungsverhältnissen zwischen Druckstück
und schiefer Ebene bestimmt werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass
zumindest die schiefe Ebene mit einem reibungsmindernden Belag, beispielsweise
mittels Teflon, beschichtet ist. Das Druckstück kann auch
aus einem reibungsmindernden Werkstoff, wie z. B. Teflon, gefertigt
sein. Aus der oben erwähnten Zylindergeometrie des Druckstücksystems
bzw. des Führungskanals mit dem Druckstück ergibt
sich, dass das in Einstellrichtung vordere Ende des Druckstücks
ebenfalls eine schiefe Ebene mit gleichem Ebenenwinkel wie die Verteilerscheibe aufweisen
kann. Vorzugsweise weist das Druckstück in Anpassung an
die Verteilerscheibe in Einstellrichtung vorn eine Ausnehmung mit
zumindest einer innenseitigen schiefen Ebene auf, wobei Druckstück und
Verteilerscheibe in Einbaulage in den schiefen Ebenen aneinander
anliegen.
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In
einer besonders bevorzugten Ausbildung des Druckstücksystems
kann die Verteilerscheibe eine dachartige Form mit zwei in einer
Firstlinie aneinander angrenzenden schiefen Ebenen aufweisen. Hierbei
kann die Firstlinie in Einbaulage in der Teilungsebene angeordnet
sein. Aus der Geometrie ergibt sich, dass, wenn die Teilungsebene
gleich Symmetrieebene des Druckstücks ist, beide schiefe
Ebenen einen Winkel von 2 × (90° minus Ebenenwinkel) einschließen.
Insbesondere bei der oben beschriebenen symmetrischen Anordnung
der schiefen Ebenen werden beim Zusammenbau des Druckstücksystems die
beiden Teilstücke des Druckstücks automatisch an
den schiefen Ebenen der Verteilerscheibe justiert.
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In
einer alternativen ebenfalls besonders bevorzugten Ausbildungsform
des Druckstücksystems kann die Verteilerscheibe eine kegelartige
oder kegelstumpfartige Form, insbesondere eine kreiskegelartige
oder kreiskegelstumpfartige Form, mit der Kegel- bzw. Kegelstumpfmantelfläche
als schiefe Ebene aufweisen. Wie oben beschrieben ergibt sich aus der
Zylindergeometrie, dass das in Einstellrichtung vordere Ende des
Druckstückes bzw. insgesamt die beiden in Einstellrichtung
vorderen Enden der Teilstücke des Druckstücks
eine entsprechend angepasste kegelartige oder kegelstumpfartige
Ausneh mung aufweisen können.
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Das
Druckstück kann in einer weiter bevorzugten Ausbildung
des Druckstücksystems an seinem in Einstellrichtung vorderen
Ende einen sich gegen Einstellrichtung mittig erstreckenden Fortsatz, insbesondere
Vorsprung, aufweisen, der gegen Einstellrichtung in einer in der
Druckaufnahmevorrichtung bzw. in der Verteilerscheibe der Druckaufnahmevorrichtung
vorgesehenen Öffnung halterbar ausgebildet sein kann. Hierzu
kann der Fortsatz unter Ausbildung einer Steckverbindung i die Öffnung
einführbar sein. Mittels dieses Fortsatzes oder Vorsprungs
kann der korrekte Einbau des Druckstücks in das Druckstücksystem
weiter erleichtert werden. Der Fortsatz kann auch als Dorn ausgebildet
sein. Der Fortsatz kann von der Teilungsebene spiegelsymmetrisch
geschnitten sein. Mit Einstecken der Teilstücke des Druckstücks
in die Öffnung in der Druckaufnahmevorrichtung kann gleichzeitig
eine Verkipplagerung oder Verschwenklagerung der Teilstücke
in der Öffnung erzielt werden. Diese Verkippung oder Verschwenkung
kann unter rein elastischer Verformung der Teilstücke an
dem Fortsatz in der Öffnung erfolgen. Hierbei kann zumundest
ein in Einstellrichtung vorderer Endbereich des Fortsatzes in der Öffnung mit
vorzugsweise geringem Spiel, vorteilhaft jedoch spielfrei seitlich
anliegen. Zur leichteren Verkippung oder Verschwenkung unter elastischer
Verformung der Teilstücke kann vorgesehen sein, dass die Öffnung
in Einstellrichtung sich konisch in einem Öffnungswinkel
erweiternd ausgebildet ist. Der Öffnungswinkel kann kleiner
30°, vorzugsweise kleiner 20° oder idealerweise
zumindest etwa 10°, betragen. Vorzugsweise wird die Öffnung
an einem in Einstellrichtung hinteren Ende der Verteilerscheibe
von einem abgerundeten Öffnungsrand begrenzt.
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Das
Druckstück bzw. die Teilstücke des Druckstücks
können kostengünstig jeweils als Spritzgussteil,
insbesondere als Kunststoffspritzgussteil, gefertigt sein. Das Druckstück
kann aus einem Werkstoff gefertigt sein, der sich durch eine vorteilhafte Kombination
aus hoher Druckfestigkeit und niedrigem Reibungskoeffizient auszeichnet.
Vorzugsweise weist der Werkstoff diese geforderten Werkstoffeigenschaften
in einem Temperaturbereich von –60°C bis ca. +180°C
auf. Zudem kann der Werkstoff vorteilhaft eine bestimmte Elastizität
aufweisen, um hierüber den Kontakt mit dem Führungskanal
zur spielfreien Lagerung des Druckstücks in dem Führungskanal zu
erhöhen. Ein günstiger Werkstoff für
das Druckstück ist Polyamid (PA). Als besonders vorteilhaft
erweist sich Polyamid-Imide (PAI), das darüber hinaus sogar
in einem erweitertem Temperaturbereich von etwa –273°C
bis etwa 260°C einsetzbar ist.
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In üblicher
Weise kann die Einstellvorrichtung eine Stellschraube aufweisen,
die zur Lageveränderung des Druckstücks kraftwirksam
mit demselben gekoppelt ist. Es wird jedoch erfindungsgemäß vorgeschlagen,
dass die Stellschraube ein Außengewinde aufweisen kann,
das in Einbaulage in Gewindeeingriff mit einem innenwandseitig an
dem Führungskanal vorgesehenen Innengewinde steht. Im Stand
der Technik ist hierzu lediglich eine im Vergleich zum Durchmesser
des Führungskanals dünne Stellschraube vorgesehen,
die unter Abstützung an einem Gehäuse des Druckstücksystems
kraftwirksam mit dem Druckstück gekoppelt ist. Notwendigerweise
weist diese übliche Stellschraube ein Feingewinde auf.
Da hier jedoch erfindungsgemäß vorgeschlagen wird,
dass die Stellschraube ein Außengewinde aufweist, das im
Gewindeeingriff mit dem Innengewinde in dem Führungskanal
steht, und somit einen dem Durchmesser des Führungskanals
angepassten Durchmesser aufweist, kann die Stellschraube zusätzlich
zur spielfreien Abstützung des Druckstücks beitragen.
Ferner kann auf ein Feingewinde verzichtet werden, da infolge des
relativ großen Durchmessers der Stellschraube ein entsprechend großes
Außengewinde vorgesehen ist. Somit kann die Krafteinleitung
in das Druckstück über die Stellschraube entsprechend
exakt erfolgen.
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Wie
oben beschrieben handelt es sich bei der Verteilerscheibe um ein
statisches Bauteil. Da das Druckstücksystem in dem oben
genannten Temperaturbereich von –60°C bis ca.
+180°C ausgelegt sein kann, kann die Verteilerscheibe ebenfalls
aus einem Werkstoff gefertigt sein, der im gleichen Temperaturbereich
eine gute Dimensionsstabilität aufweist. Gleiche Anforderungen
können auch an die Stellschraube gestellt werden. Hierbei
können Verteilerscheibe und/oder Stellschraube spritzgegossen,
insbesondere Kunststoff spritzgegossen sein. Vorzugsweise kann ein
hier eingesetzter Kunststoff glasfaserverstärkt sein. Vorzugsweise
kann der Kunststoff Polyphenylsulfid (PPS) sein, der bevorzugt mit
Glasfasern verstärkt ist. Alternativ können Verteilerscheibe und/oder
Stellschraube als Aluminium-Druckgussteil hergestellt sein.
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Das
Druckstück kann in Einstellrichtung mittels einer Federung
federbelastet sein. In einer ebenfalls besonders vorteilhaften Ausbildungsform
des Druckstücksystems kann die Federung eine Elastomerfeder
zur Verdrehsicherung, zur Dämpfung, zur Abdichtung des
Druckstücksystems gegen Einstellrichtung und/oder zur gleichmäßigen
Druckverteilung über den Querschnitt aufweisen. Die Elastomerfeder kann
beispielsweise als Kreisscheibe ausgebildet sein. Sie kann zwischen
einer zur Druckeinstellung vorgesehenen linearen Wegeinstellung
in Einstellrichtung, wie insbesondere die oben beschriebene Stellschraube,
und dem Druckstück bzw. der Verteilerscheibe angeordnet
sein. Die Elastomerfeder weist werkstoffbedingt hohe Reibungskoeffizienten auf,
sodass hierüber ein entsprechend hoher Kraftschluss zwischen
der Stellschraube und der Verteilerscheibe bzw. dem Druckstück
erzielbar ist, wodurch eine entsprechende Verdrehsicherung erzielbar
ist.
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Die
als Kreisscheibe ausgebildete Elastomerfeder weist vorzugsweise
einen Durchmesser auf, der lediglich geringfügig kleiner
als der Durchmesser der Führungskanals ist. Damit kann
die Elastomerfeder mit Montage des Druckstücksystems leicht
in den Führungskanal eingelegt werden. Unter Druck kann
sich die Elastomerfeder entsprechend ihren Werkstoffeigenschaften
radial weiten, dass sie dichtend innenseitig an dem Führungskanal
zur Anlage kommt. Damit kann eine Abdichtung des Führungskanals
zu der Stellschraube und damit nach außen hin erzielt werden.
Ferner können mögliche Vibrationen über
die Elastomerfeder gedämpft werden.
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Zudem
kann die Elastomerfeder bei der Kraftübertragung von der
Stellschraube zu dem Druckstück hin ausgleichend wirken,
sodass über die Elastomerfeder eine sehr gleichmäßig
verteilte auf das Druckstück wirkende Kraftverteilung erzielt
werden kann. Die Elastomerfeder kann zumindest an einer in Einstellrichtung
weisenden Seitenfläche und/oder an einer sich gegen Einstellrichtung
weisenden Seitenfläche zumindest einen stauchbaren Freiraum,
vorzugsweise mehrere oder eine Vielzahl an Freiräumen aufweisen.
Die Freiräume sind bevorzugt bezüglich der Einstellrichtung über
den Querschnitt der Elastomerscheibe gleichmäßig
und insbesondere gleich wirkend verteilt, so dass eine entsprechend
gleichmäßige Dämpfung und/oder Kraftverteilung über
den Querschnitt der Elastomerscheibe erfolgen kann. Dieses kann
beispielsweise anhand von Zwischenräumen als stauchbare
Freiräume bei einer Rippenstruktur oder Wabenstruktur verwirklicht
werden. Die Freiräume können auch im Inneren der Elastomerfeder
vorgesehen und vorzugsweise allseitig geschlossenen sein, so dass
diese Freiräume als Luftkissen dienen können.
Die Freiräume können die gleichmäßige
Kraftverteilung fördern, dämpfend wirken und im
Verbund die Verdrehfestigkeit der Stellschraube erhöhen.
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Da
die Elastomerfeder vorzugsweise als Scheibe mit geringer Scheibenhöhe
ausgebildet sein kann, ist ein möglicher Federweg in Einstellrichtung, der
wegen des Elastomers werkstoffspezifisch schon gering ist, noch
geringer ist,, so dass an der Elastomerscheibe trotz des spielfreien
Andrücken des Druckstückes gegen die Zahnstange
ein elastisches Abmildern von Stößen auf die Zahnstange
erfolgen kann.
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Die
Elastomerfeder kann ebenfalls als Spritzgießteil oder auch
als Spritzpressteil gefertigt sein. Als vorteilhafter Werkstoff
für die Elastomerfeder wird ein gummiartiger Werkstoff,
insbesondere ein Copolymer, wie Nitrilkautschuk (NBR), hydrierter Acrylnitrilbutadien-Kautschuk
(HNBR) oder Fluorkautschuk (FPM), angesehen. Insbesondere bei der
Verwendung von hydriertem Acrylnitrilbutadien-Kautschuk können
sich bei dem zu erwartenden Drücken in dem Druckstücksystem
und Betriebstemperaturen chemische Brückenbildungen zu
den zur Elastomerfeder angrenzenden Bauteilen auftreten, die die
aufgezeigte Verdrehsicherung wie auch die Abdichtung durch die Elastomerfeder
vorteilhaft erhöhen können. Diese Brückenbildung
kann im weitesten Sinne als Vulkanisierung aufgefasst werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand mehrerer in einer
Zeichnung dargestellten Ausbildungsformen des Druckstücksystems
näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1a und 1b:
jeweils eine perspektivische Ansicht eines Druckstücksystems
mit Führung, Einstellvorrichtung, Elastomerfeder, Verteilerscheibe,
Druckstück und Aufnahme sowie mit in Aufnahme gelagerter
Zahnstange,
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2a und 2b:
jeweils eine perspektivische Ansicht des Druckstücksystems
gemäß 1, jedoch
ohne Führung und Zahnstange,
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3a:
eine Längsschnittansicht des Druckstücksystems
gemäß 2,
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3b:
eine Seitenansicht des Druckstücksystems gemäß 2,
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4a und 4b:
eine Draufsicht bzw. eine Längsschnittansicht eines zum
Druckstück hälftigen Teilstückes des Druckstücksystems
gemäß 2,
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5 bis 7:
jeweils zwei Ansichten jeweils einer Ausbildungsform der Verteilerscheibe,
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8a und 8b:
eine Draufsicht bzw. eine Längsschnittansicht der Elastomerscheibe
des Druckstücksystems gemäß 2,
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8c und 8d:
eine Draufsicht auf eine weitere Ausbildungsform der Elastomerscheibe
bzw. eine schematische Ausschnittsvergrößerung
VIIId gemäß 8c und
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9a bis 9c:
jeweils eine Ansicht einer Stellschraube der Einstellvorrichtung
in 1.
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In 1a und 1b wird
jeweils eine perspektivische Ansicht eines Druckstücksystems 1 mit einer
Führung 2, einer Einstellvorrichtung 3,
einer Elastomerscheibe 4 als Federung, einer Verteilerscheibe 5 als
Teil einer Druckaufnahmevorrichtung 3.1, einem Druckstück 6 und
einer Aufnahme 7 sowie mit einer in der Aufnahme 7 gelagerter
Zahnstange Z gezeigt. Die Führung 2 weist einen
Führungskanal 8 auf, in dem das Druckstück 6 in
einer Einstellrichtung e linear geführt ist. Zur Einstellung
der seitlichen Unterstützung der Zahnstange Z in der Aufnahme 7 wird in üblicher
Weise das Druckstück 6 in Einstellrichtung e spielfrei
gegen die Zahnstange Z geführt, die in der Aufnahme 7 des
Druckstücks 6 gelagert ist. Die bereits erwähnten
Bauteile, Einstellvorrichtung 3, Elastomerfeder 4 und
Verteilerscheibe 5, sind ebenfalls in dem Führungskanal 8 aufgenommen
und bezüglich der Einstellrichtung e in radialer Richtung
r abgestützt und in Einstellrichtung e geführt.
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Die
Führung 2 weist beidseitig und in Längserstreckung
l an den Führungskanal 8 anschließend jeweils
eine rinnenartige Erweiterung 9 auf, in der die Zahnstange
Z in Längserstreckung l über die Aufnahme 7 vorragend
weiter unterstützt und gehalten ist.
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In
den 2a und 2b ist
jeweils eine perspektivische Ansicht des Druckstücksystems 1 gemäß 1, jedoch ohne Führung 2 und
Zahnstange Z gezeigt. In diesen Figuren wird der sukzessive Aufbau
des Druckstücksystems 1 deutlich, wobei, in Einstellrichtung
e mechanisch hintereinander gekoppelt, eine Stellschraube 10 der
Einstellvorrichtung 3, die hier ringförmige Elastomerfeder 4,
die Verteilerscheibe 5 und das Druckstück 6 mit
der Aufnahme 7 angeordnet sind. Diese einzelnen Bauteile
sind in den nachfolgenden Figuren in Einzeldarstellungen wiedergegeben.
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Die
Stellschraube 10 weist ein Außengewinde 11 auf,
mit dem sie in ein in dem Führungskanal 8 vorgesehenes
Innengewinde eingreift. Wie in 2b ersichtlich,
weist die Stellschraube 10 rückwärtig
eine Werkzeugöffnung 12 zum Eingriff eines hier
nicht dargestellten Werkzeugs, hier eines Inbusschlüssel, auf.
Mit Drehung der Stellschraube 10 kann somit das Druckstück 6 in
Einstellrichtung e gegen die Zahnstange Z geführt werden.
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Bereits
in den 2a und 2b wird
deutlich, dass das Druckstück 6 in einer Teilungsebene
T in zwei gleich große und gleich geformte Teilstücke 13 geteilt
ist, wobei die Teilungsebene T zugleich Spiegelsymmetrieebene für
die Teilstücke 13 ist. Die Aufnahme 7 ist
in Anpassung an die Geometrie der Zahnstange Z so ausgebildet, dass
sie einen hier teilkreiszylinderförmigen Aufnahmeraum 14 begrenzt.
In den Aufnahmeraum 14 eingelegt, übt die Zahnstange Z
mit Druckausübung des Druckstücks 6 über
eine Druckfläche 15 in der Aufnahme 7 seinerseits
einen Gegendruck auf die Druckfläche 15 mit einer
radialen Kraftkomponente Kr auf die Druckfläche 15 aus.
Infolge der Teilung des Druckstücks 6 in die beiden
Teilstücke 13 wird das Druckstück 6 aufgeweitet
und in radialer Richtung r innenseitig gegen den Führungskanal 8 so
gepresst, dass das Druckstück 6 mit seinen Teilstü cken 13 spielfrei
innenseitig an den Führungskanal 8 anliegt. Da
das Druckstück 6 kraftschlüssig bezüglich
der Längserstreckung l der Zahnstange Z seitlich gegen
die Zahnstange Z geführt ist und damit ebenfalls spielfrei
an der Zahnstange Z anliegt, wird eine permanent spielfreie Lagerung
und Unterstützung der Zahnstange Z durch das Druckstücksystem 1 erzielt.
Damit liegt das Druckstück 6 bzw. liegen die Teilstücke 13 des
Druckstückes 6 spielfrei innenwandig in dem Führungskanal
und spielfrei an der Zahnstange Z an. Erst wenn die Stellschraube 10 entgegen
der Einstellrichtung e gelöst wird, ist die permanent spielfreie
Lagerung der Zahnstange Z in dem Druckstücksystem 1 aufgehoben.
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Wie
ferner der 2 entnehmbar, liegen die Teilstücke 13 in
einer unbelasteten Position in der Teilungsebene T aneinander an.
Mit Gegenpressen des Druckstückes 6 bzw. der Teilstücke 13 gegen
die Zahnstange Z werden die Teilstücke 13 senkrecht
zur Teilungsebene T in erster radialer Richtung r1 leicht voneinander
weg bewegt, wobei diese Bewegung zur Überwindung des Spiels
und damit zur spielfreien Anlage hier gering ist, so dass sie zeichnerisch
nur schwer darstellbar ist.
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Infolge
der Teilung der Aufnahme 7 des Druckstücks 6 in
Längserstreckung der Zahnstange Z bzw. des Aufnahmeraumes 14 werden
die Teilstücke 13 in einer ersten radialen Richtung
r1 senkrecht zur Teilungsebene T und senkrecht zur Längserstreckung
l der Zahnstange Z bzw. des Aufnahmeraumes 14 innenwandig
spielfrei gegen den Führungskanal 8 gedrückt.
Der Innendurchmesser des Führungskanals 8 ist,
wie in 1 ersichtlich, hier, in Anpassung an
die in ihm geführten Bauteile, nur geringfügig
größer als der Außendurchmesser derselben.
Damit ist die notwendige relative radiale Bewegung der Teilstücke 13 zur
innenwandigen spielfreien Anlage an den Führungskanal 8 entsprechend
gering.
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Infolge
des im Vergleich zum Stand der Technik sehr großen Durchmessers
des Außengewindes 11 ist die Selbsthemmung der
Stellschraube 10 in dem Führungskanal 8 bereits
relativ hoch, obwohl diese, im Gegensatz zum Stand der Technik,
nicht als Feingewinde ausgebildet ist. Zur weiteren Verdrehsicherung
der Stellschraube 10 trägt auch maßgeblich die
Elastomerfeder 4 bei, die darüber hinaus noch weitere,
weiter unten beschriebene Funktionen ausübt.
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Die
Elastomerfeder 4 (8) ist
hier aus hydriertem Acrylnitrilbutadien-Kautschuk (HNBR), einem
gummiartigen Werkstoff, gefertigt. Dieser Kautschuk ist sehr „griffig”,
weist also einen sehr hohen Reibungskoeffizienten auf, sodass sich
hierdurch die an der Elastomerfeder 4 anliegende Stellschraube 10 noch
schwerer verdrehen lässt. Zudem hat dieser Kautschuk die
Eigenschaft, dass er unter Druck und erhöhter Temperatur
chemische Brückenbildungen zu benachbarten Kunststoffen
ausbilden kann. Die Stellschraube 10 ist, wie die Verteilerscheibe 5,
hier aus Glasfaser verstärktem Polyphenylsulfid mittels Spritzguss
gefertigt. Wie in 3a ersichtlich, ist die Elastomerfeder 4 zwischen
der Stellschraube 10 und der Verteilerscheibe 5 angeordnet,
sodass, zumindest im geringen Maße, eine chemische Brückenbildung
zu diesen Bauteilen erfolgen und hierdurch die Verdrehsicherung
der Stellschraube 10 weiter erhöht werden kann.
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Wie
unmittelbar aus der Anschauung ersichtlich, dient die Elastomerfeder
hinsichtlich eines Kraftflusses beim Anstellen der Stellschraube 10 in
Einstellvorrichtung 3 über den Querschnitt ausgleichend,
sodass hierdurch eine gleichmäßige Kraftverteilung über
den Querschnitt erzielbar ist. Die Elastomerfeder 4 ist
hier mit gleichem Außendurchmesser wie der angrenzende
Teil der Stellschraube 10 und die Verteilerscheibe 5 ausgebildet.
Dadurch kann sie im Verbund mit den übrigen Bauteilen leicht
in den Führungskanal 8 montiert werden. Unter
Druckbelastung kann die Elastomerfeder 4 jedoch radial
ausbauchen, sodass sie innenseitig in einen dichtenden Kontakt mit
dem Führungskanal 8 kommt und das Druckstücksystem
zur Stellschraube 10 und damit in Einbaulage nach außen
hin abdichtet. Infolge ihrer elastischen Eigenschaft kann Elastomerfeder 4 ferner
auftretende Vibrationen dämpfen.
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Wie
in 1 weiter entnehmbar, weist der Führungskanal 8 in
Höhe der Stellschraube 10 eine Schulter 16.1 als
Anschlag in Einstellrichtung e gegen einen radialen Versatz 16.2 an
der Stellschraube 10 auf.
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Als
wesentliches weiteres Bauteil wird im Folgenden die Verteilerscheibe 5 betrachtet,
die in den 5 bis 7 jeweils
in einer unterschiedlichen Ausführungsform gezeigt ist.
Gemäß 5b weist die
Verteilerscheibe 5 eine flache ringartige Form auf. In
das Druckstücksystem 1 eingelegt, kann diese ringförmige
Verteilerscheibe 5 den durch die Stellschraube 10 eingekoppelten
Druck in axialer Richtung, d. h. in Einstellrichtung e, gleichmäßig
an das Druckstück 6 bzw. die Teilstücke 13 des
Druckstückes 6 weitergeben, ohne eine zusätzliche
bezüglich der Einstellrichtung e radiale Kraft einzuleiten.
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Gemäß 6 weist die Verteilerscheibe 5 eine
dachartige spiegelsymmetrische Form mit zwei schiefen Ebenen E auf,
die in einer Firstlinie F aneinander grenzen. Beide Ebenen sind
in einem ebenen Winkel β von hier etwa 15° Grad
zu einer Ebene Es senkrecht zur Einstellrichtung e angeordnet. Wie
in 3a dargestellt, liegen die Teilstücke 13 flächig
an den schiefen Ebenen E an und können zu ihrer spielfreien
Anlage an den Führungskanal 8 in einem geringen,
hier im Bereich eines Spieles auf Grund von Maßtoleranzen
liegenden Maße an den schiefen Ebenen E abgleiten. Über
die schiefen Ebenen E wird nun die durch die Stellschraube 10 aufgebrachte Kraft
in Einstellrichtung e in einem bestimmten Betrag in radialer Richtung
r umgelenkt. Damit wird die radiale Kraft Kr weiter verstärkt,
sodass die Teilstücke 13 verstärkt bewegungsstabil
und spielfrei innenseitig an dem Führungskanal 8 anlie gen.
In Anpassung an die Verteilerscheibe 5 weist das Druckstück 6 in Einstellrichtung
e vorn eine Ausnehmung 6.1 mit einer innenseitiger schiefen
Ebene E auf, wobei Druckstück 6 und Verteilerscheibe 5 in
Einbaulage in den schiefen Ebenen E aneinander anliegen (3a und 4b).
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Die
Firstlinie F ist in Einbaulage der Verteilerscheibe 5 so
angeordnet, dass sie in der Teilungsebene T liegt. Hierdurch wird
eine symmetrische Kraftübertragung auf die Teilstücke 13 bewirkt.
Es ist offensichtlich, dass mittels des Betrags des Ebenenwinkels β die
radiale Kraft Kr eingestellt werden kann.
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In 7 weist die Verteilerscheibe 5 eine kreiskegelstumpfartige
Form auf, bei der die schiefe Ebene E zugleich Kegelmantelfläche
ist. Auch hier beträgt der Ebenenwinkel β etwa
15° Grad.
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In
den hier gezeigten Ausführungsformen des Druckstücksystems 1 weist
das Druckstück 6 ein sich gegen Einstellrichtung
e mittig erstreckenden Fortsatz 17 auf, der von der Teilungsebene
T ebenfalls spiegelsymmetrisch geschnitten ist. Dieser Fortsatz 17 erstreckt
sich in Einbaulage gegen Einstellrichtung e in eine vorgesehene Öffnung 18 hinein,
die hier durch die Verteilerscheibe 5, die Elastomerfeder 4 und
die Stellschraube 10 so weit geführt ist, dass sie
in die Werkzeugöffnung 12 der Stellschraube 10 einmündet.
Die Öffnung 18 ist in dem in Einstellrichtung
hinteren Endbereich 19, in dem sie in die Verteilerscheibe 5 eingebracht
ist, leicht konisch mit einem Öffnungswinkel μ von
etwa 10° Grad ausgebildet, wobei sie in Einstellrichtung
e hinten an der Verteilerscheibe 5 gerundet ist. Durch
diese Maßnahme können die Teilstücke 13 an
dem Endbereich 19 des Fortsatzes 17 in radialer
Richtung unter elastischer Verformung leicht verschwenkt oder verkippt
werden, wobei der Fortsatz 17 in dem Bereich der Öffnung 18, der
in der Stellschraube 10 angeordnet ist, fest eingesteckt
ist.
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Dieser
Fortsatz 17 dient ferner als Montagehilfe. Auf den Fortsatz 17 können
hier Stellschraube 10, Elastomerfeder 4 und Verteilerscheibe 5 in
einfacher Weise lagerichtig aufgezogen werden. Gleichzeitig können
die beiden Teilstücke in der Trennungsebene aneinanderliegend
zueinander positioniert werden. Damit können diese Bauteile
vormontiert leicht in den Führungskanal eingeschoben werden.
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In
den 8c, eine Draufsicht auf die gegen Einstellrichtung
e weisende Seitenfläche 20 der Elastomerfeder 4,
und 8d, einer Ausschnittsvergrößerung VIIId
gemäß 8c, wird
eine Weiterbildung der Elastomerfeder 4 gezeigt. Hierbei
weist die Elastomerfeder 4 an ihrer gegen Einstellrichtung
e weisende Seitenfläche 20 zur Ausbildung von
stauchbaren Freiräumen 21 eine Wabenstruktur 22 mit
gegen Einstellrichtung e weisenden sich rechtwinklig kreuzenden
Rippen 23 auf, wobei die Rippen 23 hier eine Vielzahl
von gleichmäßig verteilt angeordneten Zwischenräumen 24 begrenzen,
die die stauchbaren Freiräume 21 bilden.
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Zur
deutlicheren Darstellung der oben beschriebenen Eigenschaften der
Stellschraube 10 ist dieselbe in 9 in
verschiedenen Ansichten jeweils in einer Einzeldarstellung gezeigt.
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- 1
- Druckstücksystem
- 2
- Führung
- 3
- Einstellvorrichtung
- 3.1
- Druckaufnahmevorrichtung
- 4
- Elastomerfeder
- 5
- Verteilerscheibe
- 6
- Druckstück
- 6.1
- Ausnehmung
- 7
- Aufnahme
- 8
- Führungskanal
- 9
- Erweiterung
- 10
- Stellschraube
- 11
- Außengewinde
- 12
- Werkzeugöffnung
- 13
- Teilstück
- 14
- Aufnahmeraum
- 15
- Druckfläche
- 16.1
- Schulter
- 16.2
- Versatz
- 17
- Fortsatz
- 18
- Öffnung
- 19
- Endbereich
- 20
- Seitenfläche
- 21
- Freiraum
- 22
- Wabenstruktur
- 23
- Rippe
- 24
- Zwischenraum
- e
- Einstellrichtung
- l
- Längserstreckung
- r
- radiale
Richtung
- r1
- erste
radiale Richtung
- E
- Ebene
- Es
- Ebene
- Kr
- Kraftkomponente
- R
- Rücken
- T
- Teilungsebene
- Z
- Zahnstange
- ZR
- Zahnreihe
Ebenenwinkel
- μ
- Öffnungswinkel
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 2402062
A [0003]
- - DE 3831646 C2 [0003]
- - DE 602005002341 T2 [0003]