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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Zahnstangenlenkungen für Kraftfahrzeuge.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das als "Druckstück" bezeichnete Element
einer solchen Lenkung und bezieht sich hierbei insbesondere auf eine
Vorrichtung zum Begrenzen der axialen Verlagerung des Druckstücks.
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Bei
einer Lenkungsanlage mit einer Zahnstange ist ein Lenkungsritzel
drehfest mit der Lenksäule
verbunden, die mit Hilfe des Lenkrads des Fahrzeugs betätigt wird,
wobei das Ritzel mit einer Zahnstange in Eingriff steht, welche
gleitverschieblich in einem Lenkgehäuse montiert ist. Die beiden außerhalb
des Gehäuses
befindlichen Enden der Zahnstange sind mit Spurhebeln gekoppelt,
die dem rechten bzw. dem linken gelenkten Rad des Fahrzeugs zugeordnet
sind.
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Somit
wird die Drehung des Lenkrads in die eine oder die andere Richtung,
und somit die entsprechende Drehung des Lenkungsritzels, in eine entsprechende
Verlagerung der Zahnstange umgewandelt, die mittels der Spurhebel
wiederum das Ausrichten der gelenkten Räder des Fahrzeugs für ein Einschlagen
nach rechts oder links hervorruft.
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Für gewöhnlich wird
die Zahnstange bei diesem Lenkungstyp in permanentem Eingriffskontakt gegen
das Ritzel gehalten, und zwar mittels eines als "Druckstück" bezeichneten mechanischen Organs, das
in einer "Gehäusetrommel" – d. h. einem entsprechenden
zylindrischen Teil des Lenkgehäuses
oder einem Nebengehäuse – gleitverschieblich
entlang einer Achse montiert ist, die im wesentlichen senkrecht zu
der Längsachse
der Gleitverschiebung der Zahnstange stehen kann, und das elastisch
vorgespannt ist, so daß es
sich mit einem Endteil mit einer angepaßten Formgebung entgegengesetzt
von dem Lenkungsritzel auf der Rückseite
der Zahnstange abstützt.
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Beim
Betrieb der Lenkung rufen die von den Spurhebeln, dem Ritzel oder
dem Durchfedern der Zahnstange stammenden Kräfte eine axiale Verlagerung
des Druckstücks
in seiner Aufnahme hervor, so daß eine Kompensierung von Fehlern
des Eingriffs der Zahnstange mit dem Ritzel nicht mehr auf optimale
Weise sichergestellt ist, wobei dieses Phänomen ferner durch die zunehmende
Abnutzung zwischen dem Druckstück
und der Zahnstange verschlimmert wird.
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Bestimmte
bekannte Vorrichtungen, die beispielsweise in der
US-Patentschrift Nr. 5 931 046 oder
in der
Internationalen Patentanmeldung
Nr. 03 097427 beschrieben sind, ermöglichen eine Begrenzung der
axialen Verlagerung des Druckstücks,
indem sie eine elastisch verformbare Hülse aufweisen, welche das Druckstück zumindest über einen
Teil seiner Länge
umfangsmäßig umgibt.
Diese bekannten Vorrichtungen gleichen jedoch die Effekte der Abnutzung
zwischen dem Druckstück
und der Zahnstange nicht automatisch aus und erfordern zu diesem Zweck
ein regelmäßiges Nachstellen
der axialen Position des Druckstücks
in der Gehäusetrommel.
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, durch eine Begrenzung der
axialen Verlagerung des Druckstücks
sowie durch eine automatische Kompensierung der Auswirkungen der
Abnutzung zwischen dem Druckstück
und der Zahnstange einen ordnungsgemäßen Betrieb des Druckstücks im Hinblick
auf die Zahnstange sicherzustellen.
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Zu
diesem Zweck hat die Erfindung eine Vorrichtung zum Begrenzen der
axialen Verlagerung eines Druckstücks einer Zahnstangenlenkung
für ein Kraftfahrzeug
von dem vorstehend genannten Typ zum Gegenstand, bei der die Hülse ein
Endteil aufweist, das in seiner Mitte eine zurückspringende Kegelstumpfform
in der Art einer Scheibe aufweist und dazu vorgesehen ist, an einem
Zapfen befestigt zu werden, welcher auf der der Zahnstange entgegengesetzten
Seite von dem Druckstück
vorsteht, so daß eine
Druckkraft, die mittels einer zurückspringenden kegelstumpfförmigen elastischen
Auflagescheibe, deren Orientierungsrichtung zu derjenigen des Endteils
der Hülse
entgegengesetzt ist, derart in Axialrichtung auf das Endteil der
Hülse ausgeübt wird,
daß die
Auflagescheibe und das Endteil der Hülse an ihren Enden mit dem
größeren Durchmesser
in Anlage gegeneinander kommen, das Endteil elastisch verformt wird,
und die Reibung der Hülse
an der Innenwand der Gehäusetrommel
verstärkt
wird.
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Die
Erfindung besteht somit darin, ein Zusammenwirken von zwei elastischen
Elementen – einem
Endteil der Hülse
und einer Auflagescheibe – vorzusehen,
um den axialen "Rückstoß" des Druckstücks abzufangen
und gleichzeitig dessen axiale Position automatisch nachzustellen,
sobald eine Abnutzung zwischen dem Druckstück und der Zahnstange auftritt.
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Unter
der Einwirkung einer axialen Druckkraft verformt sich das Endteil
der Hülse
im Sinne einer elastischen Ausdehnung am Umfang des Endteils der
Hülse,
was den Effekt hat, daß sich
die Hülse gegen
die Wand der Aufnahme des Druckstücks verkeilt und infolgedessen
der axiale Rückstoß des Druckstücks begrenzt
und abgebaut wird. Sobald die Krafteinwirkung auf die Hülse abnimmt,
gibt ihr Endteil die gespeicherte Energie wieder ab. Die Auflagescheibe
stellt die axiale Position der Hülse
und somit des Druckstücks
elastisch so ein, daß die
Auswirkungen der Abnutzung zwischen dem Druckstück und der Zahnstange ausgeglichen
werden.
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Die
Auflagescheibe ist beispielsweise mit einem Einstellorgan ausgebildet,
insbesondere einer Schraube, die mit ihrem Gewinde in der Gehäusetrommel
geführt
ist, um die axiale Druckkraft einzustellen, die auf die Hülse ausgeübt wird.
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Das
Einstellorgan ist bevorzugt mit einer zentralen Öffnung versehen, die es somit
bei der Montage der Gesamtanordnung ermöglicht, einen Finger hindurchzuschieben,
um das Druckstück
entsprechend der für
die Zahnstange gewünschten Gleitreibungskraft
gegen die Zahnstange anzudrücken.
Außerdem
kann die zentrale Öffnung
des Einstellorgans ein Verschlußelement
aufnehmen, von dem ein Ende, das aus der zentralen Öffnung des Einstellorgans
gegenüber
von dem Zapfen des Druckstücks
vorsteht, bevorzugt dazu geeignet ist, einen axialen Rückstoß des Druckstücks zu dämpfen.
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Ein
besseres Verständnis
der Erfindung ergibt sich unter Zuhilfenahme der nachfolgenden Beschreibung
unter Bezugnahme auf die beigefügte schematische
Zeichnung, die beispielhaft eine Ausführungsform dieser Vorrichtung
zum Begrenzen der axialen Verlagerung eines Druckstücks einer
Zahnstangenlenkung darstellt.
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Die
einzige Figur dieser Zeichnung zeigt einen Druckmechanismus im Schnitt
entlang einer zur Zahnstangenachse parallelen Ebene, wobei die Zahnstange
allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist.
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Der
Druckmechanismus ist in einer Trommel des Lenkgehäuses 2 aufgenommen,
d. h. in einem nach außen
hin offenen, rohrförmigen
Teil 2a, dessen Mittelachse sich orthogonal zur Drehachse
des Ritzels (nicht dargestellt) und zu der Längsachse der Gleitverschiebung
der Zahnstange 1 erstreckt. Der Druckmechanismus besteht
aus den folgenden Elementen.
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Ein
eigentliches Druckstück 3,
das ein Ende mit einer für
den Kontakt mit der Zahnstange 1 angepaßten Formgebung aufweist, ist
gleitverschieblich in der Trommel 2a des Lenkgehäuses 2 geführt. Das Druckstück 3 weist
auf der der Zahnstange 1 entgegengesetzten Seite einen
Zapfen 3a auf, um den ein Endteil 4a einer Hülse 4 aus
einem elastisch verformbaren Material befestigt ist.
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Die
Hülse 4 umgibt
das Druckstück 3 auf
der der Zahnstange 1 entgegengesetzten Seite umfangsmäßig über einen
Teil seiner Länge.
Das Endteil 4a der Hülse 4 besitzt
in seiner Mitte eine zurückspringende
Kegelstumpfform in der Art einer elastischen Scheibe, so daß ein "Federweg" relativ zum Körper des
Druckstücks 3 hergestellt
wird.
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Eine
Einstellschraube 5, die mit ihrem Gewinde in der Gehäusetrommel 2a gehalten
und geführt
ist, übt über eine
elastische Auflagescheibe 6, vorliegend aus Metall, und über das
Endteil 4a der Hülse 4 eine
axiale Druckkraft F auf das Druckstück 3 aus.
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Die
elastische Auflagescheibe 6 besitzt ebenfalls eine zurückspringende
Kegelstumpfform, jedoch mit einer Orientierungsrichtung, die zu
derjenigen des Endteils 4a der Hülse 4 entgegengesetzt ist,
so daß die
Auflagescheibe 6 und das Endteil 4a an ihren Enden
mit dem größeren Durchmesser
in Anlage gegeneinander kommen.
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Die
Einstellschraube 5 ermöglicht
auch eine Einstellung der axialen Druckkraft F auf das Druckstück 3.
Die Auflagescheibe 6 ist an der Einstellschraube 5 befestigt,
z. B. durch Einrasten an einem zentralen Ansatz 5a der
Einstellschraube 5.
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Die
Einstellschraube 5 weist ferner eine zentrale Öffnung 5b auf,
welche sich durch den zentralen Ansatz 5a erstreckt und
bei der Montage das Durchführen
eines Fingers ermöglicht,
um das Druckstück 3 gegen
die Zahnstange 1 anzudrücken.
Unter Aufrechterhaltung dieser Vorspannung auf das Druckstück 3 wird
die Einstellschraube 5 entsprechend der für die Zahnstange 1 gewünschten
Gleitreibungskraft hineingedreht, so daß die elastische Auflagescheibe 6 am
Endteil 4a der Hülse 4 zusammengedrückt wird. Anschließend wird
ein Verschlußelement 7 in
der zentralen Öffnung 5b der
Einstellschraube 5 angeordnet.
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Somit
rufen beim Betrieb der Lenkung die von den Spurhebeln, dem Ritzel
oder dem Durchfedern der Zahnstange 1 stammenden Kräfte eine
axiale Verlagerung des Druckstücks 3 in
der Gehäusetrommel 2a hervor,
insbesondere einen Rückstoß in der
zu der Zahnstange 1 entgegengesetzten Richtung. Dieser
Rückstoß des Druckstücks 3 verstärkt die
Druckkraft F der Auflagescheibe 6 an der ringförmigen Basis
des Endteils 4a der Hülse 4.
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Da
dieses Endteil 4a als eine elastische Scheibe ausgestaltet
ist, blockiert sie einerseits an dem vom Druckstück 3 vorstehenden
Zapfen 3a und verstärkt
andererseits seine Reibungskraft, am Umfang seiner ringförmigen Basis,
an der Wand der Gehäusetrommel 2a.
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Dieses
Phänomen
hat den Effekt, daß die Hülse 4 in
der Trommel des Gehäuses 2a verkeilt wird
und dadurch der Rückstoß des Druckstücks 3 begrenzt
wird. Sobald sich die Beanspruchung verringert, gibt die Basis des
Endteils 4a der Hülse 4 die gespeicherte
Energie wieder ab.
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Wenn
eine Abnutzung zwischen dem Druckstück 3 und der Zahnstange 1 auftritt,
schiebt die elastische Auflagescheibe 6 die Hülse 4 in
der Gehäusetrommel
in Axialrichtung 2a auf die Zahnstange 1 hin "vor", so daß die axiale
Position des Druckstücks 3 beim
Auftreten einer Abnutzung zwischen dem Druckstück 3 und der Zahnstange 1 automatisch nachgestellt
wird.
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Das
Endteil 4a der Hülse 4 und
die Auflagescheibe 6 stellen also zwei elastische Elemente
dar, die so zusammenwirken, daß sie
dem axialen Rückstoß des Druckstücks 3 entgegenwirken
und gleichzeitig dessen Position beim Auftreten einer Abnutzung
automatisch nachstellen.
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Selbstverständlich sind
insbesondere auch die folgenden Maßnahmen noch vom Schutzbereich der
Erfindung gemäß der Definition
in den beigefügten
Patentansprüchen
mit umfaßt:
- – Anwendung
der Vorrichtung auf Druckstücke
mit einer beliebigen Konfiguration, die entweder in einem Teil des
Hauptlenkgehäuses
oder in einem starr am Hauptgehäuse
befestigen Nebengehäuse
aufgenommen sind;
- – Ergänzen der
Vorrichtung mit einer Ringdichtung, die auch ein Aufnehmen des Radialspiels des
Druckstücks
bewirkt;
- – Modifikation
des Aufbaus des Druckmechanismus im Hinblick auf andere Elemente
als das Druckstück
selbst, z. B. durch Ersetzen der Einstellschraube durch eine beliebigen
Einstelleinrichtung; sowie
- – Vorsehen
der Vorrichtung für
alle Zahnstangenlenkungen, bei denen es sich sowohl um manuelle
Lenkungen als auch um Servolenkungen handeln kann.