DE3732684A1 - Ritzelkugellager mit vorlasteinstellung fuer zahnstangen- und ritzelkraftsteuerungsgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung eines Zahnstangen- und Ritzelsteuerungsgetriebesystems der beispielsweise in der US-Patentschrift 45 16 471 beschriebenen Art. Diese Patentschrift beschreibt ein Zahnstangen- und Ritzelsteuerungs­ getriebe, das eine Zahnstange, die mit der Lenk­ verbindung eines Kraftfahrzeugs verbunden ist, und ein Antriebsritzel unter der Kontrolle des Fahrzeugführers aufweist. Das Ritzel betätigt die Zahnstange in Richtung ihrer Achse. Es ist in einem Steuerungsgetriebegehäuse mittels im Abstand befindlicher Lager angeordnet, und es ist festgekeilt oder in anderer Weise mit der Ventilmuffe eines Drehventilmechanismus mecha­ nisch verbunden. Ein inneres Ventilbauteil des in der US-PS 45 16 471 beschriebenen Systems nach dem Stand der Technik ist in einer Ventilmuffe aufgenommen, und das innere Ventilbauteil und die Muffe sind mit Durch­ gängen versehen, um eine geregelte Flüssig­ keitsdruckströmung von einer Kraftsteuerungs­ pumpe zu Flüssigkeitsströmungsdurchgängen zu ergeben, die geeignet sind, den Arbeitsdruck auf jede Seite eines Kolbens für einen Flüssig­ keitsmotor zu verteilen. Der Arbeitskolben des Flüssigkeitsmotors ist mit der Zahnstange ver­ bunden und liefert eine Flüssigkeitsdruckunter­ stützung während der Lenkmanöver.

Eine vom Fahrer gelenkte Steuersäule in bis­ herigen Lenksystemen dieser Art ist mit dem Ritzel durch einen Torsions- oder Drehstab ver­ bunden, der unter dem Lenkraddrehmoment abge­ lenkt wird. Das innere Ventilbauteil ist direkt mit der Lenksäule verbunden. Wenn also ein Dreh­ moment auf das Lenkrad und die Lenksäule aufge­ bracht wird, wird das innere Ventilbauteil mit Bezug auf die Ventilmuffe im Winkel verschoben, wodurch eine geeignete Druckverteilung auf die gegenüberliegenden Seiten des Motorkolbens her­ beigeführt wird.

Es ist übliche Praxis, das Ritzel in dem Steuerungs­ getriebegehäuse unter Spreizung zu montieren. Das Außenende des in der US-PS 45 16 471 beschriebe­ nen Ritzels ist ein Kugellager, und die Innenseite des Ritzels ist eine feststehende Buchse. Die Verzahnungsbelastungen in derartigen Ausbildungen werden von dem Ritzel zu der Zahnstange über­ tragen, wodurch ein radialer Kraftvektor erzeugt wird, der dazu führt, daß das Ritzel in eine Richtung quer zu seiner Oszillations- oder Drehachse verschoben wird.

Nachfolgend wird die Erfindung im allgemeinen beschrieben.

Die Erfindung beseitigt die Möglichkeit des radialen Schlagens im Ritzel, das durch Zahn­ kräfte aufgrund der Zahnbelastung des Ritzels und der Zahnstangenzähne verursacht wird. Falls Schlagen auftritt, würde auf der Ventilmuffe eine Seitlast erzeugt, welche die Reibung zwischen der Ventilmuffe und dem inneren Ven­ tilbauteil erhöht. In extremen Fällen kann dies Ventilkleben verursachen, jedoch wird in jedem Fall eine Bedingung geschaffen, die dazu führt, die Empfindlichkeit des Ventils auf Steuerungsbemü­ hungen des Fahrzeugführers herabzusetzen.

Die Ausschaltung des Schlagens des Ritzels, was zur Seitbelastung auf der Ventilmuffe beiträgt, ist ein signifikantes Merkmal der Verbesserung vorliegender Erfindung. Die vorliegende Erfin­ dung weist spreizmontierte Ritzelkugellager auf jeder Seite der Zahnstange auf. Es werden Vor­ kehrungen zur Vorbelastung oder Vorspannung der Kugellager und zur Beibehaltung präziser Kon­ zentrizität der Achse des Ritzels mit Bezug auf die Achse der Ventilmuffe unabhängig von der Größe der Getriebezahnkräfte am Eingriff zwischen Zahnstangenzähnen und Ritzelzähnen getroffen.

Gemäß der Erfindung wird ein Zahnstangen- und Ritzelkraftsteuerungsgetriebemechanismus ange­ geben, der ein Antriebsritzel, das mit einer vom Fahrer gesteuerten Lenksäule durch einen Drehstab verbunden ist, eine mit dem Ritzel eingreifbare Getriebezahnstange, die mit Lenk­ getriebeverbindungsteilen verbunden ist, einen mit der Zahnstange verbundenen Flüssigkeits­ motor mit einem beweglichen Kolben, ein Steue­ rungsventil, das eine mit dem Ritzel verbundene Ventilmuffe aufweist, ein inneres Ventilbau­ teil in der Muffe, verbunden mit der Steuer­ säule und einen Druckverteilungsflüssigkeits­ kreislauf aufweist, der gegenüberliegende Seiten des Motors mit dem Steuerungsventil verbindet, wodurch Druck selektiv auf die eine oder die andere Seite des Kolbens verteilt wird, so daß eine Kraftunterstützung während des Lenkmanövers herbeigeführt wird.

Gegenstand der Erfindung ist ein Zahnstangen- und Ritzelsteuerungsgetriebemechanismus zur Kraftsteuerung, der ein Steuerungsgetriebege­ häuse, ein zur Drehschwingung in dem Gehäuse gleitgelagertes Ritzel, eine mit dem Ritzel mechanisch verbundene und drehbar in dem Ge­ häuse gelagerte Drehventilmuffe, ein inneres Ventilbauteil in der Muffe, verbunden mit einer Drehmomenteingabewelle, wobei das innere Ventil­ bauteil zur Drehschwingung mit Bezug auf die Muffe, wenn ein Drehmoment auf die Welle aus­ geübt wird, ausgebildet ist, eine Drehstab­ verbindung zwischen der Welle und dem Ritzel und eine mit dem Ritzel eingreifbare Zahn­ stange, die so ausgebildet ist, daß sie mit den Steuerungsgetriebeverbindungen lenkbarer Rä­ der eines Fahrzeugs verbunden werden kann, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Montierung des Ritzels in dem Gehäuse erste und zweite Lager auf jeder Seite der Zahnstange, wo­ bei jedes Lager einen inneren Laufring und einen äußeren Laufring und zwischen den Laufringen an­ geordnete Lagerelemente aufweist, wobei jeder äußere Laufring in einen Absatz an dem Gehäuse eingreift und durch das Gehäuse in feststehender axialer Stellung mit Bezug aufeinander gehalten wird, wobei die inneren Laufringe für das Lager das Ritzel umgeben und ein innerer Laufring an­ grenzend an einen an dem Ritzel gebildeten Ab­ satz angeordnet ist, und eine auf das Ritzel geschraubte Einstellmutter, die mit dem anderen inneren Laufring in Eingriff gebracht werden kann, aufweisen, wodurch Axialkräfte auf die Lager durch Einstellung der Mutter aufgebracht werden können, so daß das Ritzel mit Bezug auf die Muffe in konzentrischer Beziehung gehalten wird.

Bevorzugt weist der Kraftsteuerungsgetriebe­ mechanismus der Erfindung eine zwischen dem einen inneren Laufring und dem Absatz an dem Ritzel angeordneten Vorspannungseinstellfeder auf, wodurch die Feder durch Einstellung der Einstellmutter zur Herstellung einer variablen Vorspannkraft auf das Lager zusammengepreßt wird.

In günstiger Weise ist die Feder eine Belle­ villefeder, die mit dem einen inneren Lauf­ ring und dem Ritzelabsatz in Eingriff gebracht werden kann und so ausgebildet ist, daß sich dazwischen eine Trennfederkraft ergibt.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert, worin

Fig. 1 in schematischer Form ein üb­ liches Zahnstangen- und Ritzelkraftsteuerungs­ system der derzeit verwendeten Art zeigt, die beispielsweise in Fahrzeugen verwendet wird, die von Ford Motor Company hergestellt werden. Es wird ein Kraftsteuerungsgetriebemechanismus vom Zahnstangen- und Ritzeltyp im Steuerver­ bindungsgestänge für die Räder eines Straßen­ fahrzeugs erläutert.

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht eines Kraftsteuerungsgetriebemechanismus, der in der Anordnung von Fig. 1 verwendeten Art. Sie umfaßt eine übliche Buchse am inneren Ende des Ritzels ohne Vorkehrungen zur Kompensierung des durch die Trennkräfte am Eingriff zwischen den Zahnstangenzähnen und den Ritzelzähnen er­ zeugten Schlagens.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der Drehsteuerungsventilanordnung. Sie ist eine Querschnittsansicht längs der Ebene der Schnitt­ linie 3-3 der Fig. 2.

Fig. 4 gibt eine partielle Querschnitts­ ansicht eines Kraftsteuerungsgetriebemechanismus unter Verwendung des verbesserten Ritzelkugel­ lager-Montiermechanismus der Erfindung wieder.

Nachfolgend wird die Erfindung im einzelnen beschrieben.

In Fig. 1 ist ein üblicher Kraftsteuerungs­ getriebemechanismus gezeigt. Er umfaßt einen Zahnstangenkolben 10, eine Getriebezahnstange 12, die einen Teil des Kolbens 10 bildet und einen Flüssigkeitsdruckzylinder 14, der einen Teil des Flüssigkeitsmotors bildet, von dem Kolben 10 einen Teil darstellt.

Die Zahnstange 12 ist an einem Ende mit einer ersten Steuerungsverbindungsstange oder Lenk­ spurstange 16 für ein lenkbares Rad 18 ver­ bunden. Das gegenüberliegende Ende der Zahn­ stange ist mit der Spurstange 20 für ein zwei­ tes lenkbares Rad 22 verbunden. Das Lenkrad 24 ist mit einer Steuersäule 26 verbunden. Ein Steuerungsgetriebegehäuse 28 nimmt die Steuer­ säule auf, was mit Bezug auf Fig. 2 erklärt wird.

Das Steuerventil, das im Gehäuse 28 angeordnet ist, wird mit unter Druck stehender Flüssigkeit aus der positiven Verdrängungspumpe 30 durch den Druckdurchgang 32 gespeist. Ein Strömungsrück­ führdurchgang ist bei 34 gezeigt. Der Druck wird auf jede beliebige Seite des Kolbens 10 durch den rechten Lenkdruckdurchgang 36 und den linken Lenkdruckdurchgang 38 übertragen.

Fig. 2 zeigt das Gehäuse 28 im Querschnitt. Es ist mit einer Ventilöffnung 40 versehen, welche die Ventilmuffe 42 aufnimmt. Die linke Dreh­ öffnung 43 befindet sich zwischen den Dichtungs­ ringen 44 und 46 auf der linken Seite der Einlaßöffnung 48 in der Muffe 42. Die rechte Lenkdrucköffnung 50 befindet sich an der rechten Seite der Einlaßöffnung 48 zwischen den Muffen­ dichtungsringen 52 und 54. In der Muffe 42 ist das Ventilbauteil 56 drehbar angeordnet, das an seiner Peripherie ausgebildete Ventilstege 58 aufweist. Diese Stege passen genau mit zu­ sammenwirkenden, in der Muffe 42 ausgebildeten inneren Stegen zusammen. Das innere Ventilbau­ teil 56 bildet einen Teil der Drehmomenteingabe­ welle 60 oder ist damit verbunden, die durch eine Keilnut oder in anderer Weise mit der in Fig. 1 angegebenen Steuersäule 26 verbunden ist.

Die Welle 60 ist bei 62 mit dem Steuerritzel 64, das in der linken Seite des Gehäuses 28 durch Kugellager 66 und Buchse 68 spreizmon­ tiert ist, kerbverzahnt.

Das rechte Ende des Ritzels 64 ist aufgestiftet oder in anderer Weise mit dem linken Ende der Muffe 42 positiv verbunden, wobei die Stift- oder Bolzenverbindung bei 70 gezeigt ist.

Wenn ein Drehmoment auf die Welle 60 aufgebracht wird, wird das Drehmoment auf das Ritzel durch den Torsions- oder Drehstab 72 übertragen, der bei 74 mit der Welle 60 durch Bolzen verbunden ist. Dies führt dazu, daß der Drehstab 72 ab­ gelenkt wird. Das innere Ventilbauteil 66 wird also mit Bezug auf die Muffe 42 winkelmäßig eingestellt, wodurch eine Strömungsdosierwir­ kung zwischen den inneren Stegen der Muffe 42 und den Stegen 58 des Ventils 56 bewirkt wird.

Das Ritzel 64 ist mit Zahnstangenritzelzähnen 76 ausgebildet, die mit den in der Zahnstange 78 ausgebildeten Zahnstangenzähnen in Eingriff kommen.

Ein Bügel 80 kontaktiert verschiebbar die Zahnstange 78. Er wird mit der Zahnstange durch die Bügelfeder 82 in Eingriff gedrängt. Ein mit Gewinde versehener Ansatz 84 bildet den Sitz für die Feder 80.

Das Ventilsystem der Fig. 3 ist eine Drehven­ tilanordnung, der in der US-PS 45 61 521 ge­ zeigten Art anstelle eines Ventils der in der US-PS 45 16 471 gezeigten Art. Zur Ergänzung der vorliegenden Offenbarung sei auf die Be­ schreibung des Ventilsystems gemäß US-PS 45 61 521 Bezug genommen. Es umfaßt allgemein eine Ventilmuffe 42 und ein inneres Ventilbau­ teil 56. Das innere Ventilbauteil 56 hat äuße­ re Ventilstege 86, und die Ventilmuffe 32 hat innere Ventilstege 88. Der Strömungskreislauf aus Pumpe 30 durch das Ventilsystem zu den Steuerungsdruckdurchgängen ist gezeigt. Flüssig­ keit strömt von dem Steuerungsdruckdurchgang 32 durch die Zwischenräume zwischen den Ventil­ stegen entweder zu der rechten Drehöffnung 50 oder der linken Drehöffnung 42. Bei hohen Ge­ schwindigkeiten wird Flüssigkeit durch das Betätigungsventil 90 zu der Hochgeschwindig­ keitsöffnung 92 abgeleitet. Bei niedrigen Ge­ schwindigkeiten beschränkt oder blockiert ein Stufenmotor 94 (stepper motor) die Strömung aus dem Stufendruckdurchgang 32 zu der Öffnung 92 und der Stufenmotor wird wiederum von einem elektronischen Steuermodul 96 geregelt. Der Modul 96 nimmt das Geschwindigkeitssignal aus dem Geschwindigkeitssensor 98 auf, der die Fahrzeuggeschwindigkeit mißt.

Die vorliegende Erfindung enthält keine Ritzel­ montieranordnung ähnlich der in der Anordnung der Fig. 2 nach dem Stand der Technik noch der in Fig. 2 der US-PS 45 16 471 gezeigten Art. Anstatt dessen ist gemäß der Erfindung eine durch Spreizung montierte Lageranordnung für das Ritzel vorgesehen, die ein Kugellager 100 und ein zweites Kugellager 102 an der Innen­ seite des Ritzels 104 angeordnet aufweist. Das Ritzel 104 ist bei 106 mit Gewinde versehen, um eine Einstellmutter 108 aufzunehmen. Diese Mutter kommt in Eingriff mit dem inneren Lauf­ ring 110 des Lagers 100. Der äußere Laufring 112 des Lagers 100 steht in Eingriff mit einem Absatz 114 an dem Gehäuse 116.

Das Ritzel 104 ist mit Ritzelzähnen 118 ver­ sehen, die den Ritzelzähnen 76 der Fig. 2 ent­ sprechen. Die Lager 100 und 102 befinden sich an den axialen Enden der Ritzelzähne.

Der äußere Laufring 120 des Lagers 102 greift in den Absatz 122 des Gehäuses 116 ein. Der innere Laufring 124 ist von dem an dem Ritzel ausgebildeten Absatz 126 getrennt, und der Ab­ stand nimmt ein Paar Bellevillefedern 128 auf. Diese Federn liefern eine vorgespannte Lager­ einstellkraft auf den Laufring 124, wenn die Einstellmutter 108 während des Montagevorgangs aufgeschraubt wird. Ein Staubschutzdeckel 131 verschließt wie gezeigt das linke Ende des Ge­ häuses.

Das rechte Ende des Ritzels ist im Hinblick auf die Ventilmuffenöffnung 130 durch die Flüssig­ keitsdichtung 132 verschlossen.

Wenn die Mutter 108 in geeigneter Weise einge­ stellt ist, wird eine Lagervorspannung auf die Lager durch die Bellevillefedern aufgebracht, wodurch jede Möglichkeit radialen Schlagens des Ritzels mit Bezug auf das Gehäuse ausgeschaltet wird. Somit wird perfekte Konzentrizität für die Ventilmuffe beibehalten. Das innere Ventil­ bauteil, das in dem rechten Ende des Ritzels 104 durch ein Pilotlager ähnlich dem in 134 der Fig. 2 gezeigten geführt wird, arbeitet konzen­ trisch mit Bezug auf die Achse der Muffe. Die Reibung zwischen den relativ beweglichen Ven­ tilstegen der Ventilanordnung wird aufgrund radialer Bewegung nicht erhöht, unabhängig von der Größe der auf das Ritzel und auf die Zahn­ stangenzähne einwirkenden Getriebezahnkräfte.

Claims (3)

1. Zahnstangen- und Ritzelsteuerungsgetriebe­ mechanismus zur Kraftsteuerung, der ein Steuerungsgetriebegehäuse, ein zur Dreh­ schwingung in dem Gehäuse gleitgelagertes Ritzel, eine mit dem Ritzel mechanisch ver­ bundene und drehbar in dem Gehäuse gelager­ te Drehventilmuffe, ein inneres Ventilbau­ teil in der Muffe, verbunden mit einer Dreh­ momenteingabewelle, wobei das innere Ventil­ bauteil zur Drehschwingung mit Bezug auf die Muffe, wenn ein Drehmoment auf die Welle aus­ geübt wird, ausgebildet ist, eine Drehstab­ verbindung zwischen der Welle und dem Ritzel und eine mit dem Ritzel eingreifbare Zahn­ stange, die so ausgebildet ist, daß sie mit den Steuerungsgetriebeverbindungen lenkbarer Räder eines Fahrzeugs verbunden werden kann, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Montierung des Ritzels (104) in dem Gehäuse (116) erste und zweite Lager (100, 102) auf jeder Seite der Zahn­ stange, wobei jedes Lager einen inneren Lauf­ ring (110, 124) und einen äußeren Laufring (112, 120) und zwischen den Laufringen ange­ ordnete Lagerelemente aufweist, wobei jeder äußere Laufring (112, 120) in einen Absatz (114, 122) an dem Gehäuse eingreift und durch das Gehäuse in feststehender axialer Stellung mit Bezug aufeinander gehalten wird, wobei die inneren Laufringe (110, 124) für das Lager das Ritzel umgeben und ein innerer Laufring an­ grenzend an einen an dem Ritzel gebildeten Absatz (126) angeordnet ist und eine auf das Ritzel geschraubte Einstellmutter (108), die mit dem anderen inneren Laufring in Eingriff gebracht werden kann, aufweisen, wodurch Axial­ kräfte auf die Lager durch Einstellung der Mutter aufgebracht werden können, so daß das Ritzel mit Bezug auf die Muffe in konzentri­ scher Beziehung gehalten wird.

2. Zahnstangen- und Ritzelsteuerungsgetriebe­ mechanismus zur Kraftsteuerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwischen dem einen inneren Laufring (124) und dem Absatz (126) an dem Ritzel angeordneten Vorspannungseinstellfeder, wodurch die Feder durch Einstellung der Einstellmutter zur Her­ stellung einer variablen Vorspannkraft auf das Lager zusammengepreßt wird.

3. Zahnstangen- und Ritzelsteuerungsgetriebe­ mechanismus zur Kraftsteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine Bellevillefeder (128) ist, die mit dem einen inneren Laufring (124) und dem Ritzelabsatz (126) in Eingriff gebracht werden kann und so ausgebildet ist, daß sich da­ zwischen eine Trennfederkraft ergibt.