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Die Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkeinrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Fig. 10 zeigt eine Zahnstangenlenkeinrichtung, die bereits zur Verwendung
in Kraftfahrzeugen bekannt ist.
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Gemäß Fig. 10 ist eine Ritzelwelle 5 drehbar durch ein Gehäuse mit Lagern
2, 3 und einer Öldichtung 4 gelagert, die im Gehäuse um die Welle herum
angeordnet ist. Mit einem Ritzel 6, das im Mittelbereich der Ritzelwelle 5
ausgebildet ist, kämmt eine Verzahnung 8, die auf der rückwärtigen Seite einer
Zahnstange 7 ausgebildet ist, die sich durch das Gehäuse 1 in dessen
Querrichtung erstreckt. Das Gehäuse 1 ist einstückig mit einem hohlen,
zylindrischen Abschnitt 9 ausgebildet, der von der vorderen Seite des Gehäuses nach
vorwärts vorspringt. Eine Kappe 10 ist in das vordere Ende des zylindrischen
Abschnitts 9 eingeschraubt und an diesem mit einer Sicherungsmutter 11
befestigt. Eine Zahnstangenführung 12 liegt zwischen der Kappe 10 und der
Zahnstange 7 in dem zylindrischen Abschnitt 9 und ist geringfügig vorwärts
und rückwärts beweglich. Die Zahnstangenführung 12 ist in ihrem
rückwärtigen Ende mit einer Führungsnut 13 versehen, in die die zylindrische vordere
Fläche der Zahnstange 7 eintritt, so daß die Stange 7 geführt wird. Die
Führungsnut 13 wird begrenzt durch obere und untere, rückwärtige Vorsprünge
14. Die Kappe 10 und die Zahnstangenführung 12 weisen in ihren
gegenüberliegenden Flächen kreisförmige Ausnehmungen 15, 16 zur Aufnahme einer
Feder auf, in denen eine Schraubendruckfeder 17 angeordnet ist. Die
Zahnstangenführung 12 wird gegen die Zahnstange 7 durch die Feder 17
gedrückt, so daß die Zahnstange geführt und das Zahnprofil 8 in bezug auf das
Ritzel 6 vorgespannt wird. Ein geringer Abstand ist zwischen der Kappe 10
und der Zahnstangenführung 12 vorgesehen.
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Obwohl die Zahnstangenführung in der Vergangenheit aus einer gesinterten
Legierung oder dergleichen hergestellt worden ist, sind diejenigen aus
synthetischem Harz in den letzten Jahren in großem Umfange verwendet
worden, da sie eine weiche Bewegung der Zahnstange gestatten, ein geringes
Gewicht haben, verringerte Stoßgeräusche abgeben und kostengünstig sind.
Wenn die Zahnstangenführung aus synthetischem Harz hergestellt wird, wird
üblicherweise das Einspritzverfahren angewendet.
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Während die Zahnstangenführung die Anforderungen sowohl in bezug auf die
Festigkeit als auch in bezug auf Präzision erfüllen muß, bereitet die
Verwendung von synthetischem Harz für die Zahnstange die folgenden
Schwierigkeiten.
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Soweit es die Festigkeitsanforderungen betrifft, dürfte die
Zahnstangenführung zufriedenstellend sein, wenn sie in der Form eines Blocks ohne
Zwischenraum ausgebildet ist, während sich das Produkt in diesem Falle stark
durch Schrumpfung verformt, die beim Spritzverfahren auftritt, so daß sich
ein Problem im Hinblick auf die Präzision ergibt. Folglich wird die
Zahnstangenführung in der Form eines hohlen Zylinders hergestellt, jedoch ergeben
sich dann Probleme im Hinblick auf die Festigkeit. Das bedeutet im
einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 10, daß die Zahnstangenführung 12 mit der
Kappe 10, die in den zylindrischen Abschnitten 9 des Gehäuses befestigt ist,
zusammenstößt, wenn sie von der Zahnstange 7 mit einer Kraft beaufschlagt
wird. Dabei wird nur der zylindrische Bereich der Zahnstangenführung 12
einer Kraft beim Auftreffen gegen die Kappe 10 ausgesetzt. Die
Zahnstangenführung kann daher brechen und einer großen Kraft nicht widerstehen.
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Weiterhin ist es schwierig, die Zahnstangenführung aus synthetischem Harz
im Hinblick auf die Form in einem einzigen Zyklus des Einspritzverfahrens
herzustellen. Selbst wenn dies möglich ist, ergibt sich ein weiteres Problem
daraus, daß das Produkt sich nach der Herstellung verändert (thermisch
dehnt, thermisch zusammenzieht und hygroskopisch anschwillt), was einen
Richtungseinfluß mit sich bringt.
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Genauer gesagt, beim Spritzformen der Zahnstangenführung 12 gemäß Fig.
10 hat der Formling das Bestreben, während des Abkühlens im rückwärtigen
Endbereich zu schrumpfen, in dem die Führungsnut 13 ausgebildet ist, und
in Richtung des rückwärtigen Endes eine schräge Form anzunehmen. Wenn
der rückwärtige Endbereich dabei in seiner Gesamtheit gleichförmig
schrumpft, ohne Richtungsabhängigkeit im Schrumpfungsgrad dieses
Bereichs aufzuweisen, ist es möglich, die gesamte Zahnstangenführung 12 im
Außendurchmesser durch Dimensionseinstellung der Spritzform zu machen.
Es ist jedoch unmöglich, einen gleichförmigen Außendurchmesser der
gesamten Zahnstangenführung 12 dadurch zu erhalten, daß die Dimensionen
der Form eingestellt werden, da der Schrumpfungsgrad tatsächlich in der
Richtung, in der die Vorsprünge 14 einander annähern, größer ist.
Außerdem fließt das synthetische Formharz in der Richtung, in der sich die
Führungsnut 13 erstreckt, so daß das Füllmaterial, etwa Glasfasern, das
verwendet wird, in waagerechter Richtung (das heißt, in Richtung senkrecht zur
Ebene der Fig. 10) in demjenigen Bereich orientiert ist, der die Vorsprünge
14 bildet. Folglich kann das Füllmaterial die Vorsprünge 14 nicht durch
Einwirken gegen die Höhe dieser Bereiche verstärken.
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Die FR-A-2 546 468 offenbart eine Zahnstangenlenkeinrichtung der in dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art, die eine Zahnstangenführung
aus synthetischem Harz aufweist, die aus einem inneren und einem äußeren
zylindrischen Teil besteht, die konzentrisch mit einem ringförmigen
Zwischenraum angeordnet sind. Die zylindrischen Bereiche sind durch zwei
diametral gegenüberliegende Rippen verbunden, die sich parallel zu einer
Führungsnut der Zahnstangenführung erstrecken, die die Zahnstange der
Lenkeinrichtung aufnimmt. Der Durchmesser der Zahnstangenführung in der
Ebene, die die Rippen einschließt, ist geringer als der Durchmesser in Richtung
senkrecht zu der Ebene der Rippen. Die Zahnstangenführung hat daher einen
elliptischen Querschnitt.
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Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die zuvor
genannten Nachteile zu überwinden und eine Zahnstangenlenkeinrichtung zu
schaffen, die eine Zahnstangenführung aus synthetischem Harz aufweist, die
sowohl eine ausgezeichnete Festigkeit als auch eine ausgezeichnete Präzision
aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Lenkeinrichtung gemäß der Erfindung
gekennzeichnet durch die kennzeichnen den Merkmale des Anspruchs 1.
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Vorzugsweise sind die Ecken der Rippen in der ringförmigen Nut
abgerundet.
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Weiterhin ist der Federabstützbereich in der die Feder aufnehmenden
Ausnehmung mit einer Rippe parallel zur Führungsnut und einer Rippe
versehen, die diese Rippe im rechten Winkel schneidet.
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Da die Zahnstangenführung die Form eines hohlen Doppelzylinders aufweist,
ist die Zahnstangenführung in ihrer Gesamtwandstärke gleichförmig und
vermindert in ihrer Verformung aufgrund der Schrumpfung beim Spritzformen,
so daß die Genauigkeit verbessert ist. Da im übrigen die Endfläche des
Inneren zylindrischen Bereichs fluchtet oder vorspringt über die Endfläche des
äußeren zylindrischen Bereichs, während die Rippen der ringförmigen Nut
parallel zu der Führungsnut mit der Endfläche des inneren zylindrischen
Bereichs fluchten, treffen wenigstens der innere zylindrische Bereich und die
parallel zur Führungsnut verlaufenden Rippen mit der Kappe oder
dergleichen gleichzeitig zusammen. Die Zahnstangenführung weist eine erhöhte
Festigkeit auf und ist beständig gegen Beschädigung und Bruch, da eine Anzahl
von Rippen zwischen den inneren und äußeren zylindrischen Bereichen
vorgesehen ist und da wenigstens der innere zylindrische Bereich und die
Rippen parallel zu der Führungsnut mit der Kappe oder dergleichen gleichzeitig
zusammentreffen.
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Wenn die Rippen der ringförmigen Nut an ihren Ecken abgerundet sind,
verleihen sie weiterhin der Zahnstangenführung eine erhöhte Festigkeit.
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Wenn die Rippe parallel zu der Führungsnut und die Rippe, die diese Rippe
im rechten Winkel schneidet, im Federabstützbereich der die Feder
aufnehmenden Ausnehmung vorgesehen sind, fließt das synthetische Harz, das von
einem Eingußbereich im Mittelpunkt der Führungsnut der
Zahnstangenführung, die durch Spritzformen hergestellt werden soll, in geteilter Weise in
vier Richtungen durch den Bereich der Rippe, die parallel zur Führungsnut
im Federabstützbereich an der Rippe des Eingusses hergestellt wird, und
durch den Rippenbereich, der den Rippenbereich schneidet. Das verringert
die Richtungsgebundenheit der Veränderung nach dem Formprozeß. Insbesondere
wird das verwendete Füllmaterial in den Vorsprüngen senkrecht
orientiert, so daß es gegen die Schrumpfung der Vorsprünge wirkt, die
Tendenz der Vorsprünge, zusammenzugehen, reduziert und folglich die Richtungsabhängigkeit
der Veränderungen nach dem Formvorgang der
Zahnstangenführung aus synthetischem Harz, die durch Spritzformen hergestellt wird,
verringert, so daß die Zahnstangenführung eine höhere
Dimensionsgenauigkelt erfährt.
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Fig. 1 ist eine Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels zur Verwendung mit
einer Zahnstangenlenkeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung;
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Fig. 2 Ist eine Rückansicht der Zahnstangenführung;
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Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1;
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Fig. 4 ist ein Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 1;
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Fig. 5 und 6 sind schematische Darstellungen von Proben, die für einen
Zerstörungstest hergestellt sind;
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Fig. 7 ist eine schematische Darstellung, die die Durchführung des
Zerstörungstestes veranschaulicht;
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Fig. 8 Ist eine Vorderansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der
Zahnstangenführung;
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Fig. 9 ist eine Vorderansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der
Zahnstangenführung; und
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Fig. 10 ist ein senkrechter Schnitt durch eine herkömmliche
Zahnstangenlenkeinrichtung.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 9 sollen Ausführungsformen der Erfindung
anschließend für eine Anwendung der Erfindung auf eine
Zahnstangenlenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs beschrieben werden. Diese Zeichnungen
zeigen Zahnstangenführungen für die Lenkeinrichtung in vergrößertem Maßstab.
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Fig. 1 bis 4 zeigen eine Ausführungsform.
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Die dargestellte Zahnstangenführung 20 ist ähnlich der herkömmlichen in
ihrer Kontur und an ihrem rückwärtigen Ende mit einer Führungsnut 21
sowie Vorsprüngen 22 ausgebildet. Die rückwärtigen Enden der Vorsprünge 22
sind abgeschnitten, so daß sie parallel zur vorderen Stirnfläche der Führung
verlaufen und flache Oberflächen 23 bilden. Die Führungsnut 21 weist einen
kreisbogenförmigen Querschnitt entsprechend der zylindrischen vorderen
Fläche der Zahnstange 7 auf und besitzt an ihrem Boden eine Freinut 24, die
sich in Längsrichtung der Führungsnut erstreckt. Eine flache Ausnehmung 25
ist in der Mitte des Bodens der Freinut 24 ausgebildet. Ein Einspritz-Einguß
26 ist am Boden der Ausnehmung 25 in deren Mitte ausgebildet. Die
Führungsnut 21 ist weiterhin mit Ölnuten 27 senkrecht zu der Freinut 24
versehen, die sich von der Nut 24 zu den jeweiligen flachen Flächen 23 der
Vorsprünge 22 erstrecken. Die Vorsprünge 22 sind bei 28 entlang ihren
seitlichen Kanten abgeschrägt. Die Bereiche, die durch die flachen Flächen 23
entlang der Führungsnut 21, der Freinut 24, den Ölnuten 27 und den
Abschrägungen 28 umgeben sind, sind Gleitflächen 29 zum Führen der
Zahnstange 7.
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Die Zahnstangenführung 20 ist in ihrer vorderen Endfläche mit einer
kreisförmigen Aufnahmeausnehmung 30 für eine Feder in ihrem Mittelbereich
und einer ringförmigen Nut 31 konzentrisch um die Ausnehmung 30 herum
versehen. Daher weist die Zahnstangenführung 20 die Form eines
Doppelzylinders mit einem inneren Zylinderbereich 32 und einem äußeren
Zylinderbereich 33 auf. Die vorderen Endflächen der inneren und äußeren
Zylinderbereiche 32 und 33 fluchten miteinander. Eine Anzahl von Rippen 34, 35, 36
und 37 sind in der ringförmigen Nut 31 zwischen den inneren und äußeren
Zylinderbereichen 32 und 33 diametral zu diesen ausgebildet. Im einzelnen
umfassen diese Rippen zwei Rippen 34 parallel zur Führungsnut 21, vier
schräge Rippen 35, die leicht schräg in bezug auf diese Rippen 34
angeordnet sind, zwei senkrechte Rippen 36, die senkrecht zur Führungsnut 21
verlaufen, das heißt, sich in eine Richtung erstrecken, in der sie die Vorsprünge
22 verbinden, und vier geneigte Rippen 37, die leicht in bezug auf diese
Rippen 36 geneigt sind. Von diesen Nuten sind nur die vorderen Flächen der zur
Nut parallelen Rippen 34 fluchtend mit den vorderen Endflächen des
inneren und äußeren zylindrischen Bereichs 32 und 33 ausgebildet. Die vorderen
Flächen der anderen Rippen 35, 36 und 37 sind leicht in die ringförmige Nut
31 zurückversetzt, befinden sich also leicht hinter den vorderen Endflächen
der inneren und äußeren zylindrischen Bereiche 32 und 33. Die Ecken der
Rippen 34 bis 37 sind, wie bei R gezeigt, abgerundet. Der innere zylindrische
Bereich 32 ist innen mit einer Rippe 38 parallel zur Führungsnut 21
versehen, die eine relativ große Breite aufweist. Zwei Rippen 39 erstrecken sich
von jeder Seite der Rippe 38 zum inneren Umfang des inneren zylindrischen
Bereichs senkrecht zu der Rippe 38. Die vorderen Flächen dieser Rippen 38
und 39 fluchten miteinander und befinden sich einem beträchtlichen
Abstand hinter den vorderen Endflächen des inneren zylindrischen Bereichs
32. Diese vorderen Flächen stützen ein Ende der Feder 17 ab. Die Rippen 38
und 39 sind ebenfalls an ihren Kanten abgerundet, wie bei R gezeigt ist.
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Die Zahnstangenführung 20 wird durch Spritzformen hergestellt. Das zum
Bereich des Eingusses 26 eingespritzte synthetische Harz fließt unterteilt in
vier Richtungen durch den Bereich der zur Nut parallelen Rippen 38 und die
Bereiche der Rippen 39 senkrecht zu dieser, die sich innerhalb des inneren
zylindrischen Bereichs 32 hinter dem Einguß 26 befinden.
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Wenn beispielsweise die senkrechten Rippen 39 nicht im Inneren des
inneren zylindrischen Bereichs 32 ausgebildet sind, wird das synthetische Harz
parallel zur Richtung der Führungsnut 21 eingespritzt. Es gelangt sodann in
die Richtungen senkrecht zu der Nut und wird weiterhin in die Bereiche der
Vorsprünge 22 in Richtung parallel zu der Nut 21 eingefüllt. Die
Verstärkungsfasern, die sich in dem Harz befinden, sind selbstverständlich in
Richtung des Flusses des Harzes angeordnet. Folglich schrumpft das Harz
erheblich beim Abkühlen in der Richtung, in der die Vorsprünge 22 einander
annähern, so daß die Veränderungen nach der Herstellung eine wesentliche
Richtungsgebundenheit aufweisen.
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Andererseits wird bei der Zahnstangenführung 20 das Harz in die vier
Richtungen gleichzeitig eingefüllt, so daß die Verstärkungsfasern in den
Bereichen der Vorsprünge 22 senkrecht zur Führungsnut 21 orientiert sind.
Folglich wird die Richtungsgebundenheit der Veränderungen nach dem
Formprozeß verringert. Wenn im übrigen der Einguß 26 zentral in bezug auf die
Zahnstangenführung angeordnet ist, kann das Harz weich eingefüllt werden,
so daß das Auftreten von Schweißmarken und dergleichen ausgeschlossen
werden kann.
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Obgleich die Zahnstangenführung 20 mit der Kappe 10 (siehe Fig. 10)
zusammentrifft, wenn sie einer Kraft durch die Zahnstange 7 ausgesetzt wird, weist
die Führung eine hohe Festigkeit auf, da eine Vielzahl von Rippen 34 bis 37
zwischen dem inneren und äußeren zylindrischen Bereich 32, 33 angeordnet
ist und diese an den Ecken R abgerundet sind, und weil die vorderen Flächen
der Inneren und äußeren zylindrischen Bereiche 32 und 33 und die zur Nut
parallelen Rippen 34 miteinander fluchten und gegen die Kappe 10
gleichzeitig anliegen und der Kraft widerstehen.
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Das Ergebnis eines Festigkeitstests soll unter Bezugnahme auf Fig. 5 bis 7
beschrieben werden.
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Sechs Arten von Proben (Zahnstangenführungen) wurden gemäß Fig. 5 und 6
hergestellt. In jeder Darstellung gemäß Fig. 5 und 6 liegt der
kreuzschraffierte Bereich vor dem nicht schraffierten Bereich, und er stellt denjenigen
Bereich dar, der in Berührung mit der Kappe 10 kommt.
Vergleichsbeispiel 1 (Fig. 5(b))
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Die Probe weist keine Rippe 34 parallel zur Nut auf. Der äußere zylindrische
Bereich 33 ragt allein vor. Die Rippen 35, 36 und 37 sind nicht abgerundet.
Vergleichsbeispiel 2 (Fig. 5(c))
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Die Probe hat keine Rippe 34 parallel zur Nut, und die inneren und äußeren
zylindrischen Bereiche 32, 33 springen vor. Die Rippen 35, 36 und 37 sind
nicht abgerundet.
Vergleichsbeispiel 3 (Fig. 5(d))
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Eine Rippe 34 parallel zur Nut ist nicht vorgesehen, und die inneren und
äußeren zylindrischen Bereiche 32, 33 springen vor. Die Rippen 35,36 und 37
sind abgerundet gemäß R.
Vergleichsbeispiel 4 (Fig. 6(b))
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Die Probe weist Rippen 34 parallel zur Nut auf, und die inneren und äußeren
zylindrischen Bereiche 32, 33 springen vor. Die Rippen 34, 35, 36 und 37 sind
bei R abgerundet.
Beispiel 1 (Fig. 6(c))
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Die Probe weist Rippen 34 parallel zur Nut auf. Die inneren und äußeren
zylindrischen Bereiche 32, 33 und die zur Nut parallelen Rippen 34 springen
vor. Die Rippen 334, 35, 36 und 37 sind bei R abgerundet.
Beispiel 2 (Fig. 6(d))
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Die Probe weist Rippen 34 parallel zur Nut auf. Die inneren und äußeren
zylindrischen Bereiche 32, 33, die zur Nut parallelen Rippen 34 und die
senkrechten Rippen 36 springen vor. Die Rippen 34, 35, 36 und 37 sind bei R
abgerundet.
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Diese Proben wurden einem Schlagtest in der Anordnung gemäß Fig. 7
ausgesetzt. Die Probe 40 wurde in ein Gehäuse 41 eingesetzt entsprechend dem
Gehäuse einer tatsächlichen Einrichtung und eine Zahnstange 42 wurde auf
dieser angeordnet. Die Probe 40 wurde von oben mit einer Geschwindigkeit
von 50 mm/min. belastet, und die Bruchlast der Probe wurde gemessen. Die
Ergebnisse sind unten angegeben.
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Probe Bruchlast (t)
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Vergleichsbeispiel 1 2,26
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Vergleichsbeispiel 2 2,37
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Vergleichsbeispiel 3 3,74
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Vergleichsbeispiel 4 3,83
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Beispiel 1 4,08
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Beispiel 2 4,11
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Die durch Vergleichsbeispiele 3 und 4 erzielten Ergebnisse zeigen, daß das
Abrunden der Rippen zu einer erheblich besseren Festigkeit führt.
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Die Ergebnisse des Vergleichsbeispiels 4 und der Beispiel 1 und 2 zeigen,
daß die Rippen 34, die parallel zur Nut verlaufen, wenn sie vorspringend
angeordnet sind, die Festigkeit der Zahnstangenführung verbessern.
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Die Ergebnisse des Beispiels 2 zeigen, daß die Positionierung der
senkrechten Rippen in der vorgerückten Position zu einer leicht verbesserten
Festigkeit führt.
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Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform.
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In diesem Falle ist der innere zylindrische Bereich 32 innen mit einer Rippe
50 parallel zur Nut und einer kreuzweise zu dieser angeordneten,
senkrechten Rippe 51 versehen. Mit der Ausnahme dieses Merkmals hat diese
Ausführungsform denselben Aufbau wie die erste Ausführungsform; gleiche Teile
sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
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Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform.
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In diesem Falle ist der innere zylindrische Bereich 32 innen mit einer Anzahl
von zur Nut parallelen Nuten 52 und einer Anzahl von senkrechten Rippen
53 versehen. Mit der Ausnahme dieses Merkmals stimmt diese
Ausführungsform mit der ersten Ausführungsform überein; gleiche Teile werden durch
dieselben Bezugsziffern bezeichnet.