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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Steuervorrichtung vom Zahnstangentyp und insbesondere eine
Verbesserung der Zahnstangenführung derselben.
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Steuermechanismen vom Zahnstangentyp sind für
Steuervorrichtungen von Automobilen weit verbreitet. Bei
einem solchen Steuermechanismus ist eine
Zahnstangenführung (ein Stützjoch) an der Rückseite der Position
angeordnet, an der eine Ritzelwelle mit der
Zahnstange zusammengreift, so daß die Zahnstange in
sicherem Eingriff mit der Ritzelwelle ist. Die
Zahnstangenführung befindet sich in einer Führungsbohrung, die in
einem Zahnstangengehäuse in rechtem Winkel zur
Zahnstange vorgesehen ist, und ist derart gestützt, daß
die Zahnstange in geeigneter Weise gegen die
Ritzelwelle gedrückt ist. Um den gewünschten Druck auf die
Zahnstange aufzubringen, ist zu diesem Zeitpunkt ein
minimaler Zwischenraum zwischen der Zahnstangenführung
und dem Innenumfang der Führungsbohrung vorgesehen.
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Bei der zuvor beschriebenen Steuervorrichtung wurde
eine Zahnstangenführung aus gesinterter Legierung
verwendet. Bei einem solchen Steuergetriebe verursacht
der zwischen der Zahnstangenführung und der
Führungsbohrung gebildete Zwischenraum ein lautes hämmerndes
Geräusch. Zur Vermeidung dieses Nachteils wird nunmehr
im allgemeinen eine Zahnstangenführung aus Kunstharz
verwendet und es wurden zahlreiche verschiedene
Verfahren
vorgeschlagen. In der offengelegten japanischen
Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 57-103267 (1982), zum
Beispiel, ist eine Zahnstangenführung vorgesehen,
deren Außenumfang mit mehreren Streifen aus ringförmigen
elastischen Stegen versehen ist. In diesem Fall sind
die ringförmigen elastischen Stege in die
Führungsbohrung derart eingepreßt und eingesetzt, daß sie am
Innenumfang der Führungsbohrung anliegen, mit der Folge,
daß die Zahnstangenführung sich kaum ungehindert in
ihrer Axialrichtung bewegen kann. Um diesen Nachteil
auszugleichen, ist es erforderlich eine höhere
Drucklast einer Feder der Vorrichtung vorzusehen. Sie weist
den weiteren Nachteil auf, daß die elastischen Stege
bei einer Belastung durch die Ritzelwelle leicht
verformbar sind.
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Nach der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr.
59-216764 (1984) besteht eine Zahnstangenführung aus
zwei Zylindern und der äußere, elliptisch geformte
Zylinder ist in eine Führungsbohrung eingepreßt und
eingesetzt, die in rechtem Winkel zur Richtung der
Hin- und Herbewegung der Zahnstange verläuft. In
diesem Fall ist eine ungehinderte Bewegung der
Zahnstangenführung in ihrer Axialrichtung ebenfalls kaum
wahrscheinlich. Da der äußere Zylinder mit dem inneren
Zylinder durch einen Steg verbunden ist, der an dessen
Seite mit dem kleineren Radius angeordnet ist, und da
auf der Seite mit dem größeren Radius, das heißt, in
der Richtung der größten Krafteinwirkung durch die
fast der Ritzelwelle, kein Steg vorgesehen ist,
besteht das Problem, daß er mangelhafte Steifigkeit
aufweist.
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Wie zuvor beschrieben, existieren bei den Beispielen
der bekannten Vorrichtungen verschiedene Probleme. Zur
Lösung dieser Probleme wurde vorgeschlagen, eine
Zahnstangenführung aus Kunstharz, welche die gleiche Form
und Größe wie die aus einer gesinterten Legierung
gefertigte Führung aufweist, in den Innenumfang einer
Führungsbohrung einzusetzen, wobei zwischen ihnen,
genau wie bei den herkömmlichen Vorrichtungen, ein
Mindestabstand vorgesehen ist. Da die Rate der
thermischen Ausdehnung bei hohen Temperaturen größer ist
als bei einer Zahnstangenführung aus gesinterter
Legierung, ist die Zahnstangenführung, bei der
Verwendung der Zahnstangenführung aus Kunstharz, derart fest
in die Führungsbohrung eingesetzt, daß der zum
Aufrechterhalten des korrekten Getriebeeingriff s zwischen
Ritzelwelle und Zahnstange erforderliche Druck nicht
erreicht wird. Dadurch ergeben sich die Nachteile, daß
das Steuerrad mit geringerer Reaktionskraft dreht oder
abgenutzt wird, und daß thermisches Kriechen in der
Zahnstangenführung entsteht. Wird zur Vermeidung
solcher Nachteile von Beginn an ein größerer Zwischenraum
verwendet, um der thermischen Ausdehnung zu begegnen,
wobei die Zahnstangenführung und die Ritzelwelle bei
Raumtemperatur betätigt werden, wird die
Zahnstangenführung in Radialrichtung in der Führungsbohrung
bewegt, das heißt, in rechtwinkliger Richtung zur
Druckrichtung der Zahnstangenführung, mit der Folge, daß
die Druckrichtung instabil wird und die Reaktionskraft
beim Steuern verringert ist.
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Die genannten Nachteile des Standes der Technik werden
mit der vorliegenden Erfindung überwunden. Es ist die
erste Aufgabe der Erfindung, eine Steuervorrichtung
vom Zahnstangentyp zu schaffen, bei der Stege in ihrer
Umfangsrichtung vorgesehen sind und mehrere Stege in
axialer Richtung am Außenumfang einer
Zahnstangenführung
vorgesehen sind, wodurch keine Beeinflussung
durch Temperaturveränderungen möglich ist und ein
korrekter Zusammengriff von Zahnstange und Ritzelwelle
gewahrt ist.
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Die Erfindung schafft eine Steuervorrichtung vom
Zahnstangentyp mit
- einer Zahnstange, die in Eingriff mit einer
Ritzelwelle ist, welche mit einem Steuerrad verbunden ist;
- einem die Zahnstange enthaltenden Gehäuse, in
welchem auf der zahnlosen Seite der Zahnstange eine zu
der Zahnstange im wesentlichen orthogonale Bohrung
angebracht ist; und
- einer zylindrischen Zahnstangenführung aus
Kunstharz, die in die Bohrung eingesetzt und vorgespannt
ist, um die Zahnstange in Längsrichtung gegen die
Ritzelwelle zu drücken,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstangenführung
lose in die Bohrung eingesetzt ist, und daß die
Zahnstangenführung an ihrem Außenumfang mehrere axiale
Stege, die in gleichen Abständen voneinander getrennt
am Umfang der Zahnstangenführung ausgebildet sind, und
mehrere Umfangsstege aufweist, die mit einer
vorbestimmten Breite zwischen jedem axialen Steg am Umfang
der Zahnstangenführung ausgebildet sind.
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Die radiale Bewegung der Zahnstangenführung, die lose
in die Bohrung eingesetzt ist, wird durch die
ringförmig in Richtung ihres Umfangs ausgebildeten Stege
gesteuert. Die Richtung des elastischen Kontakts mit der
Zahnstange wird durch mehrere in Umfangsrichtung
ausgebildete, äquidistante Stege geradegehalten, wobei
die Richtung des elastischen Kontakts der
Zahnstangenführung mit der Zahnstange die Längsrichtung ist. Da
der größte Teil der thermischen Ausdehnung der
Zahnstangenführung bei hohen Temperaturen auf den
Außenumfang, ausschließlich beider Stege der
Zahnstangenführung, wirkt, liegen nur die Stegbereiche am
Innenumfang der Führungsbohrung an.
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Die genannte und weitere Aufgaben und Merkmale der
Erfindung ergeben sich deutlicher aus der folgenden
detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den
zugehörigen Zeichnungen.
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Fig. 1 ist ein fragmentarischer Längsschnitt der
erfindungsgemäßen Steuervorrichtung,
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Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung des
äußeren Erscheinungsbildes der Zahnstangenführung.
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Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 zeigt
einen Längsschnitt, der einen fragmentarischen Bereich
einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung von
Zahnstangentyp darstellt (im folgenden erfindungsgemäße
Vorrichtung genannt). In einem Gehäuse 5 ist eine
Ritzelwelle 4 angeordnet, die mit einem (nicht
dargestellten) Steuerrad verbunden und diesem zugeordnet ist,
wobei beide Seiten eines Ritzels 4a derselben durch
Kugellager 6a und 6b gestützt sind. Das Ritzel 4a der
Ritzelwelle 4 ist in Eingriff mit einem
Zahnstangengetriebe 3a, das in der Zahnstange 3 ausgebildet ist,
die in ihrer Längsrichtung auf der rechten und der
linken Seite eines (nicht dargestellten) Fahrzeugs
angeordnet ist und an deren beiden Enden jeweils ein
Kugelgelenk, Verbindungsmaterial und dergleichen
(sämtlich nicht dargestellt) vorgesehen ist, so daß
die Zahnstange mit dem linken und dem rechten Rad
(jeweils nicht dargestellt) verbindbar ist. Entsprechend
der Drehbewegung des Steuerrades wird die
Eingriffsposition der Zahnstange 3 und der Ritzelwelle 4
verändert und die Zahnstange 3 bewegt sich in
Längsrichtung, wodurch eine Steuerung des rechten und des
linken Rades ermöglicht ist.
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Auf der Rückseite der Position des Eingriffs zwischen
der Zahnstange 3 und der Ritzelwelle 4 im Gehäuse 5 ist
eine Führungsbohrung 5a in rechtem Winkel zur
Zahnstange 3 vorgesehen. Die aus Kunstharz bestehende
Zahnstangenführung 1 mit dem äußeren Erscheinungsbild
gemäß der perspektivischen Darstellung von Fig. 2 ist in
die Führungsbohrung 5a eingesetzt. Die
Zahnstangenführung 1 weist an ihrem der Zahnstange 3 zugewandten
Ende eine Andrückfläche 11 auf, welche die Form einer
gekrümmten Oberfläche hat und in Eingriff mit dem
Umfang der Zahnstange 3 ist. Durch die Vorspannkraft
einer Feder 2, die zwischen einem Dichtungsmaterial
5b, das an der Gehäusebohrung 5a in Eingriff mit dem
äußeren Bereich des Gehäuses und dem inneren Bereich
der Zahnstangenführung 1 steht, vorgesehen ist, liegt
die Zahnstange 3 an der Andrückfläche 11 an und wird
gegen die Seite der Ritzelwelle 4 gedrückt, wodurch
der Eingriff stabil gehalten ist.
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Auf dem Außenumfang der Zahnstangenführung 1 sind vier
Stege 12 voneinander in gleichem Abstand getrennt in
den Vierteln des Umfangs der Zahnstangenführung in
Längsrichtung der Zahnstangenführung 1 über deren
gesamte Länge ausgebildet, und vier Stege 13 sind
gürtelförmig in Umfangsrichtung zwischen jedem der Stege
12 ausgebildet und im wesentlichen in der Mitte der
Längsrichtung derart angeordnet, daß sie mit jedem
Steg verbunden sind. Die Stege 12 und 13 sind derart
ausgebildet, daß sie jeweils über die gleiche Höhe vom
Außenumfang der Zahnstangenführung 1 abstehen. Die
Höhe ist derart bestimmt, daß bei Raumtemperatur der
zwischen diesen Stegen und dem Innenumfang der
Führungsbohrung 5a gebildete Zwischenraum im wesentlichen
gleich dem minimalen Wert ist, der es der
Zahnstangenführung 1 erlaubt, sich sowohl in Längsrichtung,
als auch in Querrichtung zu bewegen, nämlich gleich
dem Zwischenraum, der zwischen der aus gesinterter
Legierung bestehenden Zahnstangenführung und der
Führungsbohrung gebildet ist.
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Bei einer Vorrichtung mit der zuvor erwähnten
erfindungsgemäßen Zahnstangenführung 1 liegt die
Andrückfläche 11 der Zahnstangenführung 1 in der Ruhestellung
der Vorrichtung mit einem vorbestimmten Druck am
Umfang der Zahnstange 3 an. Wird die Ritzelwelle 4
entsprechend der Drehung des Steuerrades gedreht, bewegt
sich die Zahnstange 3 in Längsrichtung. Hierbei wird
auf die Zahnstange 3 von der Ritzelwelle 4 eine
Reaktionskraft ausgeübt, die durch die Veränderung der
Eingriffsposition an der Ritzelwelle 4 bewirkt wird,
jedoch wird diese Kraft durch den Druck der
Zahnstangenführung 1 eliminiert und ihr stabiler Eingriff
bleibt erhalten.
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Hierbei wird ein stabiler Druck in Längsrichtung auf
die Zahnstangenführung 1 ausgeübt, da aufgrund der
herrschenden Raumtemperatur, der Innenumfang der
Führungsbohrung 5a von jedem Steg 12 um den zur Bewegung
erforderlichen Minimalzwischenraum beabstandet ist.
Wird in Radialrichtung der Zahnstangenführung 1 eine
Reaktionskraft der Zahnstange 3 erzeugt, und wird
insbesondere eine zwischen zwei benachbarte Stege 12
gerichtete Reaktionskraft durch den Eingriff zweier
Schrägverzahnungen erzeugt, bewegt sich die
Zahnstangenführung, da die ringförmig angeordneten Stege 12,
einschließlich Bereichen der Stege 13, um den
Minimalzwischenraum vom Innenumfang der Führungsbohrung 5a
entfernt sind, nicht in deren Radialrichtung und
drückt die Zahnstange 3 nicht in die hierzu ungefähr
rechtwinklige Richtung.
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Bei hohen Temperaturen dehnt sich die aus Kunstharz
bestehende Zahnstangenführung 1 thermisch aus. Nachdem
jedoch die jeweiligen Stege 12 und 13 aufgrund ihrer
thermischen Ausdehnung an der Innenfläche der
Führungsbohrung 5a anliegen, vorausgesetzt, daß der an
der vorderen und der hinteren Seite der Längsrichtung
jedes Stegs 13 und zwischen jedem Steg 12 befindliche
Außenumfang der Zahnstangenführung 1 oder die Umfänge
der Stege 12 und 13 als Bezugsgrößen vorgegeben sind,
beginnen die Ausnehmungsbereiche sich thermisch
auszudehnen. Die Tiefen oder die vorstehenden Höhen der
Stege 12 und 13 sind derart vorab bestimmt, daß die
Ausnehmungsbereiche, wenn sie sich thermisch
ausdehnen, bei normalem Gebrauch der Vorrichtung selbst bei
maximaler Temperatur nicht eng an der Innenfläche der
Führungsbohrung 5a anliegen. Daraus folgt, daß bei
thermischer Ausdehnung der Zahnstangenführung 1 nur
die jeweiligen Stege 12 und 13 an der Innenfläche der
Führungsbohrung anliegen, so daß die Druck- und die
Richtungseigenschaften nicht wesentlich verringert und
im Vergleich zu denjenigen bei Raumtemperatur nicht
instabil werden können, wodurch die erforderlichen
Funktionen gewährleistet sind.
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Die zuvor beschriebene erfindungsgemäße
Steuervorrichtung vom Zahnstangentyp ist am Außenumfang der aus
Kunstharz bestehenden Zahnstangenführung mit Stegen
versehen und der zwischen den Stegen und dem
Innenumfang der Führungsbohrung gebildete Zwischenraum ist im
wesentlichen der gleiche wie der zwischen dem
Außenumfang einer Zahnstangenführung aus gesinterter
Legierung und dem Innenumfang der Führungsbohrung. Bei
Raumtemperatur ermöglichen die jeweiligen Stege die
Ausübung von Druck, der im wesentlichen der gleiche
ist wie bei einer Zahnstangenführung aus gesinterter
Legierung, so daß sie keine Verringerung der
gewünschten Reaktionskraft beim Steuern bewirkt. Dehnen sich
bei hohen Temperaturen die Stege thermisch aus und
legen sich an die Innenfläche der Führungsbohrung an,
dehnt sich der Teil, der die Außenumfangsstege nicht
aufweist, thermisch aus und der sich in Anlage
befindende Teil ist auf die Stege begrenzt, wodurch die
Entstehung thermischer Kriecherscheinungen verhindert,
der Druck nicht beeinträchtigt und die
Richtungseigenschaft derart aufrechterhalten wird, daß ein stabiler
Zusammengriff mit der Ritzelwelle gegeben ist. Somit
ist eine stabile Steuerung zu jeder Zeit gegeben.
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Da die vorliegende Erfindung in zahlreichen
Ausführungsformen realisiert werden kann, ohne vom
Sinngehalt der wesentlichen Merkmale abzuweichen, ist das
vorliegende Ausführungsbeispiel lediglich als
illustrativ und nicht beschränkend anzusehen, da der
Umfang der Erfindung vornehmlich durch die beigefügten
Ansprüche und nicht durch die diesen vorangehende
Beschreibung bestimmt ist.