DE2920196A1 - Zahnstangentrieb - Google Patents

Description

Anwaltsakte M-4920

Zahnstangentrieb

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zahnstangentrieb mit einem auf einer Welle angeordneten Ritzel, dessen Zähne in entsprechende Nuten einer Zahnstange eingreifen.

Bei einem Zahnstangentrieb wirken bekanntlich die Ritzelzähne mit einer Reihe von Nuten in der Zahnstange zusammen, so daß diese bei Drehung des Ritzels in Längsrichtung verschoben wird. Das am Ritzel angreifende Drehmoment wird somit über die Verzahnung an die Zahnstange übertragen. An der Verzahnung entsteht im allgemeinen auch eine Trennkraft, die die Zahnstange vom Ritzel abzuheben sucht, so daß eine verhältnismäßig starke Feder erforderlich ist, um die Zahnstange mit dem Ritzel in Eingriff zu halten. Hieraus resultieren im Eingriffsbereich zwischen Ritzel und Zahnstange Reibungskräfte, die der Drehung des Ritzels und der Längsverschiebung der Zahnstange entgegenwirken, so daß sich das Ritzel nicht leichtgängig, sondern nur mit merklicher Kraftanstrengung drehen läßt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zahnstangentrieb zu schaffen, bei dem die erwähnten Reibungskräfte wesentlich ver-

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ringert sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Zahnstangentrieb der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ritzelzahn mit zwei im wesentlichen kreisbogenförmigen Flanken und jede Zahnstangennut mit zwei ebenfalls im wesentlichen kreisbogenförmigen, den Ritzelzahnflanken jeweils zugekehrten Gegenflächen versehen und der Krümmungsradius der Gegenflächen geringfügig größer als der der Ritzelzahnflanken bemessen ist.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt eines Zahnstangentriebs;

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt eines Ritzelzahns und einer Zahnstangennut;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des gestrichelten

Ausschnitts der Fig. 1 bei niedriger Drehmomentenbeaufschlagung des Zahnstangentriebs;

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung, jedoch bei erhöhter Drehmomentenbeaufschlagung des Zahnstangentriebs .

enthält/
Gemäß Fig. 1 ein schräg verzahntes Ritzel 10 eine Welle 12, welche in herkömmlicher Weise mit einem (nicht gezeigten) .__

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Lenkrad gekoppelt ist. Eine Zahnstange 14 ist in einem nur teilweise gezeigten Gehäuse 16 beweglich gelagert und wird durch eine Feder 18 mit dem Ritzel 10 in Eingriff gedrückt. Das Ritzel 10 enthält eine Reihe von Ritzelzähnen 20, und die Zahnstange 14 ist mit einer Reihe von Nuten 22 versehen, mit denen die Ritzelzähne 20 in kämmendem Eingriff stehen.

zahn

Gemäß Fig. 2 greift ein einzelner Ritzel/20 in eine Zahnstangennut 22 ein, jedoch ohne diese zu berühren. Der Ritzelzahn 20 ist durch eine rechts- und eine linksseitige Flanke 24 bzw. 26 begrenzt. Die Ritzelzahnflanken 24 und 26 sind kreisbogenförmig gekrümmt, wobei der Punkt A der Krümmungsmittelpunkt der rechten Ritzelzahnflanke 24 und der Punkt B der Krümmungsmittelpunkt der linken Ritzelzahnflanke 26 ist. Die Zahnstangennut 22 ist durch eine rechte Gegenfläche 28 und eine linke Gegenfläche 30 begrenzt, die ebenfalls kreisbogenförmig gekrümmt sind, wobei der Punkt C der Krümmungsmittelpunkt der rechten Gegenfläche 28 und der Punkt D der Krümmungsmittelpunkt der linken Gegenfläche 30 ist. Der Krümmungsradius der beiden Gegenflächen 28 bzw. 30 ist etwas größer als der Krümmungsradius der beiden zugeordneten Ritzelzahnflanken 24 bzw. 26 bemessen. Die Größendifferenz der Krümmungsradien liegt je nach Größe des Ritzels und der Zahnstange zwischen 1 % und 15 % und vorzugsweise bei 5 %.

Die Ritzelzähne 20 sind mit abgeflachten Zahnköpfen 32 versehen, um bei Drehung des Ritzels 10 einen kämmenden Eingriff der Ritzelzähne 20 in den Zahnstangennuten 22 zu ermöglichen. Obwohl

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einziger
in den Fig. nur ein/Ritzelzahn 20 in kämmendem Eingriff mit der Zahnstange 14 gezeigt ist, stehen in Längsrichtung des schräg verzahnten Ritzels 10 natürlich weitere Ritzelzähne mit der Zahnstange 14 in Eingriff.

Wie Fig. 3 zeigt, kann das Ritzel 10 zur Längsverschiebung der Zahnstange 14 mit einem schwachen Drehmoment beaufschlagt werden. Die vom Ritzelzahn 20 an die linke Gegenfläche 30 der Zahnstange 14 übertragene Normalkraft F enthält eine vertikale Komponente, die auf die Zahnstange 14 in Richtung einer Kompression der Feder 18 und einer Trennbewegung der Zahnstange 14 vom Ritzel 10 wirkt. Wenn das Ritzel 10 mit einem erhöhten Drehmoment beaufschlagt wird, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, nimmt die Vertikalkomponente der Normalkraft F zu und trennt die Zahnstange 14 entgegen der Kraft der Feder 18 geringfügig vom Ritzel 10. Infolge_dessen verschiebt sich der Eingriffspunkt der Normalkraft F längs der Ritzelzahnflanke 26 und der Gegenfläche 30 zur Oberseite 34 der Zahnstange 14 hin. Wegen der Kreisbogenform der linken Ritzelzahnflanke 26 und der linken Gegenfläche 30 wird die Normalkraft F bei einer solchen Trennbewegung der Zahnstange und des Ritzels von einem Winkel von etwa 35° bezüglich der Horizontalen (Fig. 3) auf einen Winkel von etwa 5° gegenüber der Horizontalen (Fig. 4) zurückgesteuert. Somit wirkt im wesentlichen die gesamte Normalkraft F in Richtung einer Querverschiebung der Zahnstange 14. Da die Krümmungsmittelpunkte B und D nahe beieinander liegen, wird durch eine geringfügige Trennbewegung zwischen der Zahnstange 14 und dem Ritzel 10 eine starke Änderung der Wirkungsrichtung

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(ier Normalkraft F erreicht. Dies ergibt sich aus der Geometrie der Gegenfläche 30 und der Ritzel zahnflanke 26, weil die Wirkungsrichtung der Normalkraft F stets durch die beiden Krümmungsmittelpunkte B und D verläuft.

Da die Trennkräfte zwischen Ritzel und Zahnstange unter starker Last mit einer geringfügigen Trennbewegung kompensiert werden, ist es möglich, die Federkraft der Druckfeder 18 zu verringern, um eine geringfügige Trennbewegung zwischen Zahnstange und Ritzel zuzulassen, wenn am Ritzel ein Drehmoment angreift. Bei Verwendung einer schwachen Feder 18 wird die Reibung, die unter geringer Last infolge des Eingriffs zwischen Zahnstange und Ritzel entsteht, reduziert und der mechanische Wirkungsgrad verbessert.

Der Zahnstangentrieb behält auch dann die oben erwähnten Eigenschaften, wenn die gezeigte Kreisbogenform der Flanken 24, 26 und der Gegenflächen 28, 30 geringfügig abgewandelt wird.

Wenn sich unter hohen Belastungen die Zahnstange 14 geringfügig vom Ritzel 10 abhebt, wirkt die aus dem Eingriff zwischen Zahnstange und Ritzel resultierende Reibung einer solchen Trennbewegung entgegen und sorgt gemeinsam mit der Feder 18 dafür, daß die Ritzelzähne und die Zahnstangennuten in Eingriff bleiben. Gemäß der für die Kraftübertragung theoretisch optimalen Zahn- und Nutenform würden die Zähne die Nuten vollständig ausfüllen. In der Praxis wird die Verwendung einer solchen vollständigen Verzahnung Jedoch durch die Gleitreibung

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und den kämmenden Eingriff zwischen Ritzelzahn und Zahnstangennut begrenzt. Die gezeigte Verzahnung kommt der theoretisch optimalen Verzahnungsgeometrie sehr nahe und hat gleichzeitig eine im Hinblick auf die Reibung und den kämmenden Zahneingriff brauchbare Zahn- bzw. Nutenform.

Wenn das Ritzel 10 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, wird die Normalkraft zwischen dem Ritzel 10 und der Zahnstange 14 in entsprechender Weise von der Ritzelzahnflanke 24 an die Gegenfläche 28 übertragen.

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Zahnstangentrieb mit einem auf einer Welle angeordneten Ritzel, dessen Zähne in entsprechende Nuten einer Zahnstange eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ritzelzahn (20) mit zwei im wesentlichen kreisbogenförmigen Flanken (24, 26) und jede Zahnstangennut (22) mit zwei ebenfalls im wesentlichen kreisbogenförmigen, den Ritzelzahnflanken jeweils zugekehrten Gegenflächen (28, 30) versehen und der Krümmungsradius der Gegenflächen geringfügig größer als der der Ritzelzahnflanken bemessen ist.

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