DE3244531A1

DE3244531A1 - Zahnstangenlenkung

Info

Publication number: DE3244531A1
Application number: DE19823244531
Authority: DE
Inventors: Ansgar 7070 Schwäbisch Gmünd Betz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1982-12-02
Filing date: 1982-12-02
Publication date: 1984-06-07
Also published as: GB2133113A; BR8306617A; DE3244531C2; GB2133113B; US4553447A; GB8327821D0

Description

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08.11.1982 — KfiftS G Akte: ZF 976/5848 G

Anmelder:

ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN " ^ug

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Aktiengesellschart

■"■■_ durch ei *'.e 7990 Friedrichshafen

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Zahnstangenlenkung

ι.ηe" sehr hohe

iß erreicht, Die Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkung für Fahr-

,ngsgrad hat, ■ zeuge mit einer in einem Gehäuse gelagerten Zahnstange,

:, _2 Zahnstange durch die mit einem Ritzel kämmt, wobei sich die Zahnstange *

■ /ueustüci; im Bereich des Ritzels auf der dem Ritzel gegenüberlie-

3η in dem genden Seite in einem in dem Gehäuse angeordneten Druck-

■:■:'-s Lagaruna stück abstützt und wobei zwischen Druckstück und Zahn-

. Z: Dei schrämstange in Laufbahnen liegende Kugeln angeordnet sind.

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- ν- λ u ι ΐ e r η η a c Bekannt ist es, die Zahnstange an einem Ende in einer

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Gleitlagerbüchse zu lagern und sie am anderen Ende zwi-

c ·. e r d 5 η [■< a η η * sehen dem Ritzel und dem Druckstück abzustützen. Das

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kreisförmig und in einer entsprechenden Bohrung in dem

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Gehäuse gelagert. Zur Einstellung des Druckstückes bzw. ■ zur Herstellung einer spielfreien Verbindung zwischen der Zahnstange und dem Ritzel dient eine in das Gehäuse geschraubte Einstellschraube und eine Feuer Vw'ische'n" der Rückseitedes Druckstückes und der EinstellVcTfraubeV "

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Da für die Zahnstange auch eine Seitenführung erforderlich ist, weist das Druckstück auf seiner Oberseite im allgemeinen eine in etwa halbrunde Aussparung auf, in der die Zahnstange liegt. Das Druckstück stellt damit eine Art Gleitlagerung dar. Nachteilig dabei ist jedoch, daß zum Verstellen der Zahnstange die Gleitreibung überwunden werden muß, worunter die Leichtgängigkeit der Lenkung leidet. Ein weiterer Nachteil dieser Ausgestaltung liegt in einem relativ hohen Verschleiß.

In der US-PS 2 935 150 ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, anstelle der Gleitreibung eine Rollreibung zu verwenden. Hierzu ist gemäß Fig. 8 vorgesehen, in dem Druckstück Laufbahnen für Kugeln anzuordnen . Dabei dient das Druckstück jedoch lediglich zur ebenen Auflage für die Zahnstange. Die Seitenführung der Zahnstange muß in aufwendiger Weise durch eine entsprechende Führung in dem Gehäuse erreicht werden. Darüber hinaus ist nicht ersichtlich, wie die Kugellaufbahnen in das Druckstück eingebracht sind. In den Fig. 9 bis 11 ist eine Lösung dargestellt, bei der anstelle eines Druckstückes in Schlitzen in dem Gehäuse schräg zur Zahnstange Kugelumlaufteilstücke eingeschoben sind, die neben einer Leichtgängigkeit durch die Rollreibung auch eine Seitenführung der Zahnstange erzeugen. Nachteilig dabei ist jedoch, daß diese Ausgestaltung zum einen sehr aufwendig und damit teuer ist und zum anderen eine schlechtere Einstellbarkeit gegeben ist. Durch die Schlitze in dem Gehäuse wird außerdem dessen Festigkeit erheblich geschwächt.

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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zahnstangenlenkung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die einen hohen Wirkungsgrad aufweist und durch eineeinfache und sichere Ausgestaltung insbesondere für eine Serienkonstruktion geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die' im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannte Merkmalskombination gelöst.

Durch die Rollreibung über die Kugeln wird eine "Sehr hohe Leichtgängigkeit bei einem geringen Ve rschleiß erreicht, wodurch die Zahnstange einen sehr hohen Wirkungsgrad hat. Darüber hinaus ist auf einfache Weise auch die Zahnstange durch die schrägkugellagerartige Lagerung in dem Druckstück seitlich geführt, so daß aufwendige Führungen in dem Gehäuse entfallen können. Durch die angegebene Lagerung können nämlich Seitenkräfte, die insbesondere bei schrägverzahnten Ritzeln entstehen, sicher aufgenommen werden. Die Lagerung der Zahnstange an den Auflageschultern hat weiterhin den Vorteil, daß damit der Lagerpunkt so nahe wie möglich an den Zahneingriff herangerückt werden kann. Dadurch treten nur geringe Kippkräfte im Lagerpunkt auf, wodurch der Verschleiß der Kugeln geringer wird, die Lenkungssteif igkeit größer und damit die Lenkung präziser wird.

Eine vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß jede Laufbahn eine parallel zur

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Zahnstangenlängsachse verlaufende Führungsbahn auf der Oberseite des Druckstücks aufweist, wobei der außenseitige Rand der Führungsbahn höher als der innenseitige Rand ist, und zwei wenigstens annähernd in vertikaler Richtung verlaufende Kugelkanäle und einen sich parallel zur Zahnstangenlängsachse erstreckenden Rücklaufkanal aufweist.

Der außenseitig höhere Rand, welcher im allgemeinen über die Kugelmittelebene hochgezogen ist, stellt sicher, daß die Kugeln gut in der Laufbahn geführt sind und die Seiten-'kräfte aufnehmen können. Darüber hinaus ist mit dieser Ausgestaltung ein einfacher Kugelumlauf gegeben.

Hierzu kann vorgesehen sein, daß der Rücklaufkanal durch eine halbschalige Laufbahn in der Unterseite des Druckstückes und einem darunter angeordneten und mit dem Druckstück verbundenen Deckel, der eine korrespondierende halbschalige Laufbahn aufweist, gebildet ist.

Diese Ausgestaltung stellt eine konstruktiv einfache Lösung dar. Der Deckel kann dabei auf beliebige Weise mit dem Druckstück verbunden sein. Dies kann z.B. durch Verschraubung oder durch Vernieten erfolgen. Die zuletzt genannte Lösung hat den Vorteil, daß hierzu die Durchbrechung im Bereich der vertikalen Längsmittelebene verwendet werden kann, was zu einer kurzen Baulänge führt.-

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. 5 ,.ia-»'örmig . Das Eine sehr vorteilhafte Ausbildung der Kugelkanäle kann

-ängsiiiittelebene darin bestehen, daß diese von der Unterseite des Druek-

άί auv o'er Unterstückes aus eingebrachte Bohrerkanäle sind. Wenn dabei

■ i.~den. ist, womit

das Druckstück nicht vollständig durchbohrt wird, sondern

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lediglich soweit die Bohrung eingebracht wird, daß_die,.

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Bohrerspitze eben an der Oberseite des Druckstückes,aus-

-:-. Zannstange mit

tritt, so formt die Bohrerspitze gleichzeitig auch die .

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Umlenkkante für die Kugeln in das Druckstück ein. _ . ,

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Eine andere mögliche Einbringung der Kugelkanäle kann ,

■ j3Ezahnung heran-

darin bestehen, daß die Kugelkanäle jeweils durch eine

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halbschaliqe Laufbahn bzw. eine von oben sich bis in Höhe des,.

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Deckels des Druckstückes erstreckende Aussparung mit halb-

"3e LEUToann in

rundem Boden und jeweils ein in die Aussparung .von außen .„.,

Seiten ο-,-ί* Miteingeschobenes Führungsstück gebildet sind.

■"■ip.isngsachse ver-

■Ϊ der Führungs-

Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß das Druckstück

vsiids Kugelka-

in einem Arbeitsgang hergestellt werden kann und nicht

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nachträglich noch mit Bohrungen versehen werden,muß. ..

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Die seitlich einzuschiebenden Führungsstücke können ,im

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oberen und im unteren Bereich Kugelumlenkungen aufweisen.

ι. if, der ünter-

- -ι Deckel 13

Damit die Führungsstücke sicher in den Aussparungen gehalten sind, kann vorgesehen sein, daß ein Halterinq^um das

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Druckstück in diesem Bereich gespannt wird, welcher in vorteilhafter Weise gleichzeitig auch der Dichtring_e;des Druckstückes ist. _n __n

ι . nicht voll- - 6 -

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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenem Ausführungsbeispiel.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt nach der Linie Ί-Ι der Fig.

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II. der

Fig. 1 (ohne Einstellschraube und Gehäuse)

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Druckstück (ohne Zahnstange) .

Fig. 4 eine Draufsicht auf das Druckstück in anderer Ausgestaltung.

Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein Führungsstück.

Zahnstangenlenkungen der in Rede stehenden Art sind bereits allgemeiner Stand der Technik, weshalb nachfolgend nur der Gehäusebereich mit dem Druckstück beschrieben ist. Hierzu wird z.B. auf die US-PS 2 935 150 und die DE-AS 27 36 verwiesen.

Eine Zahnstange 1 ist in üblicherweise an einem Ende in einem Gehäuse 2 gelagert (nicht dargestellt). Im Bereich der Verzahnung mit einem Ritzel 3 ist auf der dem Ritzel gegenüberliegenden Seite der Zahnstange 1 ein Druckstück in einer Gehäuseerweiterung 22 angeordnet. Das Druckstück

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ist im allgemeinem im Querschnitt gesehen kreis;föfmigofBas Druckstück weist im Bereich der vertikalen Längsmäübfeeüiefeseflg der Zahnstange 1 eine Aussparung 5 auf, wobei auf der Unterseite zumindest teilweise eine Öffnung vorhanden ist, womit eine Durchbrechung gegeben ist. In die AusspatühguScjEagticke Zahnstange mit einer rippenartigen ErweiteruogdoutSeibiDibgh neben der rippenartigen Erweiterung 6 ist dieäZäliiBstiaBQe fit Auflageschultern 7 versehen, in die jeweils eirtej Kaö)§b_ahn für Kugeln 8 eingeformt ist. Die Auf lageschuMetiiiiilcsiißdnd „ dabei in Abhängigkeit von der erforderlichen Steifigkeit der Zahnstange 1 so nahe wie möglich an die Ve·ß.z»§htiiiiirig;hteerangerückt. In zwei seitlichen Erhöhungen 9 neben' r.djeLfi. eÄUJ sslpiair u η g 5 in dem Druckstück 4 sind ebenfalls Lauf bahnen, se JDngi&frcfcferoitek Für einen e'ndlosen Kugelumlauf weist dabei j ede ataetu ßfcajftnri in dem Druckstück 4 auf der Oberseite auf beiden Seiten der Mittelebene jeweils eine parallel zur Zahnstangenlängsachse verlaufende Führungsbahn 10 auf. An beiden Enden dearüt&Iwxjnips^- bahn 10 zweigen in vertikaler Richtung verlauferrdöiltilrri^Jj-kTS}-näle 11 nach unten ab, welc.he in einen sich ρSEHJrJiBUngzüir2 Zahnstangenlängsachse verlaufenden Rücklauf k a näl: S<1s& rrfünden .

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Rücklaufkanal durch eine halbschalige Laufbahn in Form einer Rille in der Unterseite des Druckstückes 4 und einen darunter angeordneten Deckel 13 gebildet. Der Deckel 13 weist an beiden Enden der Laufbahnen jeweils eine Umlenkung für die Kugeln 8 auf.

Die beiden vertikalen Kugelkanäle 11 werden mit einem Bohrer von entsprechendem Durchmesser von unten her in das Druckstück 4 gebohrt. Dabei wird die Bohrung nicht voll-

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ständig durchgestoßen, sondern lediglich soweit geführt, bis die Bohrerspitze oben aus dem Druckstück herausragt. Auf diese Weise wird - wie aus der Fig. 1 ersichtlich eine Umlenkkante 14 durch die Bohrerspitze gebildet.

Der Deckel 13, welcher als Drehkörper ausgebildet ist, ist zur unverdrehbaren Verbindung mit dem Druckstück 4 mit einer sich parallel zur Zahnstangenlängsachse erstreckende Kante 15 versehen, die mit einer entsprechend in dem Druckstück 4 eingeformten Kante zusammenarbeitet. Die Verbindung des Deckels 13 mit dem Druckstück 4 erfolgt über eine Niete 16 in der Durchbrechung des Druckstückes 4.

Zur spielfreien Anpressung und zur Einstellung des Druckstückes 4 dient in üblicherweise eine Feder 17, welche zwischen einer Rückwand des Druckstückes 4 und der Vorderseite einer mit der Gehäuseerweiterung 22 verbundenen Einstellschraube 18 gespannt is.t. ;

In der Fig. 4 ist anstelle der Herstellung der Kugelkanäle 11 durch einen Bohrer eine Ausführungsform mit eingeschobenen Führungsstücken 19 dargestellt. In diesem Falle besitzt das Druckstück 4 jeweils auf beiden Seiten der Längsmittelebene sich gegenüberliegende Schlitze bzw. Aussparungen 23 in der Umfangswand, welche von oben bis zur Höhe des Deckels ,13 durchlaufen und für dieKügellaufbahn einen halbrunden Bogen aufweisen. Von außen werden dann die vier Führungsstücke in die Aussparung eingeschoben, womit die Kugelkanäle 11 gebildet sind. Zur Umlenkung der Kugeln weiser* die Führungsstücke im oberen Bereich ein Ansatzstück 20 und ggf.

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ein weiteres Ansatzstück 21 im unteren Bereich auf, sofern diese untere Umlenkung nicht durch den Deckel 13 übernommen wird.

In der Fig. 4 sind in der rechten Hälfte die Führungsstücke 19 in eingeschobenem Zustand (zur besseren Verdeutlichung schraffiert) gezeigt, während in der linken Hälfte da.s Druckstück ohne eingeschobene Führungsstücke und Kugeln dargestellt ist, wobei die Aussparungen 23 ersichtlich sind.

Die Führungsstücke können Kunststoffleisten sein, welche eine gute Gleiteigenschaft haben. Selbstverständlich sind jedoch auch noch andere Materialien möglich. Das Druckstück wird man aus Stabilitätsgründen im allgemeinen aus Stahl herstellen.

Damit die Führungsstücke 19 sicher in den Aussparungen des Druckstückes 4 sitzen, ist in diesem Bereich ein Dichtring (O-Ring) 22 um das Druckstück 4 gelegt. Der Dichtring 22 stellt gleichzeitig die Abdichtung des Druckstückes 4 selbst dar.

Leerseite

Claims

Patentansprüche ;

ahnstangenlenkung für Fahrzeuge mit einer in einem Gehäuse gelagerten Zahnstange, die mit einem Ritzel kämmt, wobei sich die Zahnstange im Bereich des Ritzels auf der dem Ritzel gegenüberliegenden Seite in einem in dem Gehäuse angeordneten Druckstück abstützt und wobei zwischen Druckstück und Zahnstange in Laufbahnen liegende Kugeln angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Zahnstange (1 ) an beiden Längsseiten im Bereich ihrer Verzahnung an sich bekannte Auflageschultern (7) aufweist,

b) das Druckstück (4) im Bereich der vertikalen Längsmittelebene der Zahnstange (1) eine Aussparung (5) oder Durchbrechung aufweist,

c) in den beiden seitlichen Erhöhungen (9) neben der Aussparung (5) oder Durchbrechung die Laufbahnen (10) mit den Kugeln (8) derart angeordnet sind, daß die Zahnstange (1) schrägkugellagerartig in dem Druckstück (4) abgestützt ist.

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2. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß . jede Laufbahn eine parallel zur Zahnstangenlängsachse verlaufende Führungsbahn (10) auf der Oberseite des Druckstücks (4) aufweist, wobei der außenseitige Rand der Führungsbahn höher als der innenseitige Rand ist, und zwei wenigstens annähernd in vertikaler Richtung, verlaufende Kugelkanäle (11) und einen parallel zur Zahnstangenlängsachse .verlaufenden Rücklauf kanal (12) aufweist.
3. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet··.-, fd„aß der Rücklaufkanal (12) durch eine halbschalige Lauf-

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bahn in der Unterseite des Druckstuck.es .(4) und

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einen darunter angeordneten und mit dem Druckstück' ver-

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bundenen Deckel (13), der eine korrespgndiere,nde„halbschalige Laufbahn aufweist, gebildet, ist,* ■?-„·..-,_

... cnst sind .
4. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichn e__t., >_nd.aß die Kugelkanäle (11) von der Unterseite^dep^Drugkstückes (4) aus eingebrachte Bohrerkanäle_ sin,d_A
5. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 2, dadurch ge'kennzeichn.et. daß die Kugelkanäle (11) jeweils durch eine tJllb.s.Cjh^lige Laufbahn bzw. eine von oben sich bis in Höhe des.J^ck^a^Cjp des Druckstückes (4) erstreckende Aussparung (.2.^l„mit^ halbrundem Boden und jeweils ein in _die, ,Äu.ss.pa.rung von außen eingeschobenes Führungsstück (19) gebildet sind.

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6. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsstück (19) im oberen und/oder im unteren Bereich Kugelumlenkungen (20, 21) aufweist.
7. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichne -t, daß das Führungsstück (19) eine Kunststoffleiste ist.
8. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,daß die Führungsstücke (19) durch wenigstens einen um das Druckstück (4) gespannten Haltering (24) in den Aussparungen (23) gehalten sind.
9. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering der Dichtring (24) des Druckstückes ist.
10. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (13) mit dem Druckstück (4) in dessen Durchbrechung vernietet ist.
11. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Deckel (13) an die Unterseite des Druckstückes (4) geschraubt ist.