DE3334107C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zahnstangenlenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Zahnstangenlenkung ist aus der DE-AS 27 36 631 bekannt.

Mit einer derartigen Zahnstangenlenkung ist es schwierig, durch Toleranzen in der Dicke der Zahnstangen bedingte Verschiebungen des Druckstücks und durch Bewegungen der Zahnstange aufgrund äußerer Kräfte bedingte Verschiebungen des Druckstücks gleichermaßen wirksam abzufangen. Je nach Auslegung der Feder unter dem Druckstück ergeben sich hohe Reibungskräfte in der Lenkung oder Klappergeräusche bei Stößen auf die Lenkräder des Fahrzeugs.

Eine wirksame Maßnahme gegen diesen Nachteil könnte darin bestehen, die Steifigkeit des Gleitdruckstücks zu reduzieren. Es wäre daher denkbar, das Gleitdruckstück - wie aus der DE-AS 10 77 545 bekannt - aus einem Material mit niedriger Steifigkeit, beispielsweise einem Kunstharz, herzustellen.

Dies ist in bezug auf die Gewichtsverminderung des Fahrzeugs und die Reduzierung der Herstellungskosten für das Lenkgetriebe wünschenswert. Es ist jedoch kaum möglich, mit einem aus Kunstharz hergestellten Gleitdruckstück eine ausreichende Festigkeit zu erhalten, so daß dieses selbst großen Rückstoßkräften standhält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnstangenlenkung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die ein geringes Gewicht besitzt, billig in der Herstellung ist und ein Gleitdruckstück aus einem Material mit niedriger Steifigkeit, beispielsweise einem Kunstharz, aufweist, um die Fahrzeuggeräusche herabzusetzen.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei einem derart gestalteten Gleitdruckstück wird eine große Rückstoßkraft, die einen Bruch des aus einem Material mit niedriger Steifigkeit hergestellten Gleitdruckstücks verursachen könnte, direkt in den Zahnstangenanschlagabschnitt eingeleitet, während kleine und mittelgroße Rückstoßkräfte, die Geräusche verursachen könnten, vom Gleitdruckstück aufgenommen werden.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeipiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform des Gehäuses mit eingesetztem Gleitdruckstück;

Fig. 2 den Schnitt gemäß IV-IV in Fig. 1; und

Fig. 3 ein Diagramm, in dem die Beziehung zwischen einer Rückstoßkraft und der Verschiebung der Zahnstange verdeutlicht ist.

Wie man aus den Fig. 1 und 2 entnehmen kann, ist mit 102 ein Gehäuse einer Zahnstangenlenkung bezeichnet. Eine mit einer Verzahnung 103 an einem Ende versehene Lenkritzelwelle 104 ist über Lager 101 im Gehäuse 102 drehbar gelagert. Eine Zahnstange 105 ist auf einer Seite entlang ihrer Achse über eine vorgegebene Länge mit Zähnen 106 versehen und ist derart in eine Ausnehmung 113 in das Gehäuse 102 eingesetzt, daß die Zähne 106 mit der Verzahnung 103 kämmen können. Beide Enden der Zahnstange 105 stehen über Spurstangen mit gelenkten Fahrzeugrädern in Verbindung.

Mit 107 ist ein säulenförmiges Gleitdruckstück aus Kunstharz bezeichnet, das an seiner oberen Fläche eine halbkreisförmige Führungsfläche 111 aufweist, welche den Rücken der Zahnstange 105 abstützt. Das Gehäuse 102 ist an der der Eingriffsstelle zwischen der Verzahnung 103 und den Zähnen 106 gegenüberliegenden Seite mit einer zylindrischen Führungsausnehmung 114 versehen. Diese Führungsausnehmung 114 erstreckt sich unter einem rechten Winkel zur Achse der Lenkritzelwelle 104 und zur Achse der Zahnstange 105 und ist an der Innenwand ihres unteren, sich öffnenden Abschnittes mit einem Innengewinde 116 versehen. Die Ausnehmung 113 des Gehäuses 102 weist einen Zahnstangenanschlagabschnitt 117 auf, der am Umfang der oberen Öffnung der Führungsausnehmung 114 von der Innenfläche der Ausnehmung 113 vorsteht. Dieser Zahnstangenanschlagabschnitt 117 weist eine vorgegebene Axiallänge und einen kleineren Durchmesser auf als der Innendurchmesser der Ausnehmung 113. Der Abschnitt ist ferner geringfügig größer (um etwa einen Millimeter) ausgebildet als der Außendurchmesser der Zahnstange 105. Der Innendurchmesser der Ausnehmung 113 ist um etwa 4 bis 5 mm größer ausgebildet als der Außendurchmesser der Zahnstange 105.

Ein Druckbolzen 108 ist mit dem Innengewinde 116 der Führungsausnehmung 114 verschraubt und weist einen Positionierungssitz 112 für eine Druckfeder 109 an der gegenüberliegenden Seite des Gleitdruckstücks 107 auf. Zwischen dem Gleitdruckstück 107 und dem Druckbolzen 108 ist ein Spiel t 1 vorgesehen, das eine Rückwärtsbewegung des Gleitdruckstücks 107 begrenzt. Zwischen dem Rücken der Zahnstange 105 und dem Zahnstangenanschlagabschnitt 117 des Gehäuses 102 ist ein weiteres Spiel t 2 vorgesehen, das im einzelnen der Fig. 2 entnehmbar ist.

Der Rücken der Zahnstange 105 bewegt sich bei Lenkbewegungen infolge einer Reihe von Einflüssen, beispielsweise Dimensionsfehlern bei der Herstellung der Verzahnung 103, Abweichungen in der Konzentrizität zwischen der Lenkritzelwelle 104 und der Verzahnung 103, Dimensionsfehlern bei der Herstellung der Zähne 106 der Zahnstange und Abweichungen in der Parallelität zwischen der Zahnstange 105 und den Zähnen 106, in Axialrichtung der Führungsausnehmung 114. Das Spiel t 1 ist so bemessen, daß es im wesentlichen der vorstehend erwähnten Verschiebung der Zahnstange 105 entspricht. Wenn daher die Zahnstange 105 über das Spiel t 1 hinausbewegt wird, wird die darüberhinaus gehende Rückwärtsverschiebung des Gleitdruckstücks 107 beschränkt. Das Spiel t 1 beträgt normalerweise etwa 0,05 mm.

Das Spiel t 2 ist so festgelegt, daß es das erlaubte Verformungsmaß des Gleitdruckstücks 107 nicht übersteigt, wenn eine Rückstoßkraft von der Verzahnung 103 an der Zahnstange 105 angreift und die Zahnstange 105 über die Verschiebung t 1 hinausbewegt wird. Das Spiel t 2 ist in der Praxis auf etwa 0,45 mm eingestellt, wobei dieses Maß an die Größe der elastischen Verformung des Gleitdruckstücks 107 bei einer bestimmten, auftretenden äußeren Belastung (etwa 300 kg) angepaßt ist. Die Größe der elastischen Verformung des Gleitdruckstücks 107 hängt vom Elastizitätsmodul des Harzes und der Formgebung ab. Als bestimmte, auftretende Belastung wird eine maximale Rückstoßkraft bezeichnet, und zwar unter der Bedingung, daß diese Kraft nicht häufig erzeugt wird und kein ernsthaftes Problem in bezug auf die Geräuschentwicklung darstellt. Das Spiel t 1 wird durch Einstellung des Gewindeeingriffes des Druckbolzens 108 eingestellt. Der Druckbolzen 108 wird über eine Mutter 115 mit dem Gehäuse 102 verspannt.

Da das Spiel t 2 auf einen Bereich eingestellt ist, in dem die zulässige Verformungsgrenze des Gleitdruckstücks 107 nicht überschritten wird, besteht keine Möglichkeit einer Beschädigung des Gleitdruckstücks 107 durch die von der Rückstoßkraft hervorgerufene Verformung. Die durch die Kollision des Gleitdruckstücks 107 mit dem Druckbolzen 108 erzeugten Geräusche werden besonders gut unterdrückt, wenn das Gleitdruckstück 107 aus Kunstharz besteht.

Wenn eine große Rückstoßkraft (größer als etwa 300 kg), die selten erzeugt wird, auf die Zahnstange 105 einwirkt, verformt die Zahnstange die Druckfeder 109 und das Gleitdruckstück 107 bewegt sich über die Strecke t 2 und stößt direkt gegen den Anschlagabschnitt 117 des Gehäuses 102. Eine erhöhte Rückstoßkraft nach dem Anschlag der Zahnstange 105 am Abschnitt 117 wird von diesem Abschnitt vollständig aufgenommen, so daß eine Beschädigung des Gleitdruckstücks 107 vermieden werden kann. Da ferner eine Kollision der Zahnstange 105 mit dem Anschlagabschnitt 117 weniger häufig auftritt, sind die durch eine derartige Kollision erzeugten Geräusche vernachlässigbar.

Die Beziehung zwischen der Rückstoßkraft und der Verschiebung der Zahnstange 105 ist durch die durchgezogene Linie in Fig. 3 wiedergegeben. Im Bereich 0< t t 1 handelt es sich bei dieser Linie um eine Gerade, die durch die Federkonstante der Druckfeder 109 festgelegt wird. Im Bereich t 1<t t 2 ist die Linie eine Gerade, die durch die Federkonstante der Druckfeder 109 und den Elastizitätsmodul des Gleitdruckstücks 107 bestimmt wird. Schließlich handelt es sich in dem Bereich t 2<t um eine Gerade, die durch den Elastizitätsmodul des Gehäuses 102 festgelegt wird. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, steigt bei Nichtvorhandensein eines Zahnstangenanschlagabschnitts 117 am Gehäuse 102 und beim Überschreiten eines Werts von etwa 300 kg der Rückstoßkraft die Verschiebung der Zahnstange 105 an und folgt der in Fig. 3 gezeigten strichpunktierten Linie, so daß schließlich das Gleitdruckstück 107 am Punkt X beschädigt wird. Im Gegensatz hierzu wird bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform selbst dann, wenn die Rückstoßkraft etwa 300 kg übersteigt, die Verschiebung der Zahnstange 105 nahezu nicht geändert, so daß eine Beschädigung des Gleitdruckstücks 107 verhindert werden kann.

Claims (3)

1. Zahnstangenlenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei der eine in einem Gehäuse (102) gelagerte Lenkritzelwelle (104) mit einer Zahnstange (105) in Kämmeingriff steht, die sich auf einem Gleitdruckstück (107) abstützt, das in einer auf der der Kämmein­ griffsstelle gegenüberliegenden Seite ausgebildeten Ausnehmung (114) des Gehäuses (102) aufgenommen ist und sich über eine Feder (109) an einem Druckbolzen (108) abstützt, wobei die Feder (109) zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Spiels (t 1) zwischen Druckbolzen (108) und Gleitdruckstück (107) dient, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitdruckstück (107) in an sich bekannter Weise aus elastischem Material besteht und daß ein Zahnstangenanschlagabschnitt (117) des Gehäuses (102) an den Umfang der Ausnehmung (114) angrenzend der Rückseite der Zahnstange (105) in einem solchen Abstand (t 2) gegenüberliegt, daß nach der Überwindung des vorgegebenen Spiels (t 1) des Gleitdruckstücks (107) die elastische Verformung des Gleitdruckstücks (107) begrenzt wird.

2. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitdruckstück (107) in an sich bekannter Weise aus Kunstharz besteht.

3. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbolzen (108) - in bei Einrichtungen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannter Weise - in die Ausnehmung (114) eingeschraubt ist.