WO1999024306A1 - Zahnstangen-lenkgetriebe - Google Patents

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WO1999024306A1
WO1999024306A1 PCT/EP1998/006931 EP9806931W WO9924306A1 WO 1999024306 A1 WO1999024306 A1 WO 1999024306A1 EP 9806931 W EP9806931 W EP 9806931W WO 9924306 A1 WO9924306 A1 WO 9924306A1
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pinion steering
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shim
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Rudolf Sommer
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • Y10T74/19—Gearing
    • Y10T74/19642—Directly cooperating gears
    • Y10T74/1967—Rack and pinion

Definitions

  • the present invention relates to a rack and pinion steering gear, in particular for controlling motor vehicles, according to the preamble of claim 1.
  • the pressure piece path is the change in distance between the pinion and the rack due to the distance-effective sum of the toothing deviations during the actuation of the steering gear.
  • the steering gear can jam during its actuation.
  • Such a rack and pinion steering gear is such. B. from DE OS 19 48 612 known.
  • the steering shaft which is actuated by the steering wheel and is mounted in a housing, has a steering pinion which engages in a toothed rack which is pressed indirectly by a bearing block against the toothed rack by a compression spring by means of a compression spring mounted in the housing.
  • the bearing block rests with a cylindrical or spherical guide surface on a corresponding bearing surface on the slide.
  • a compression spring, which acts on the slide is supported in the housing on an adjusting screw; In order to limit retraction of the slide and thus to ensure an engagement between the toothed rack and the steering pinion, the path of the slide can be adjusted by a limiting ring.
  • the known rack-and-pinion steering gear still have the disadvantage that the run-out deviations of the pressure piece and the set screw can cause the pressure piece to tilt, that the actually existing pressure piece play can only be determined with great difficulty and that road impacts lead to rattling noises even with a small pressure piece play. These noises can be caused by stronger central compression spring can be reduced, but this usually makes the steering gear sluggish.
  • the object of the present invention is to eliminate these disadvantages 5 and to provide a rack-and-pinion steering gear in which the undesirable rattling noises are reliably avoided, which is smooth-running and in which no more tilting of the pressure piece occurs.
  • the invention thus essentially provides the arrangement 15 of two additional parts, namely a compensating disc between the pressure piece and the set screw and on the other hand an eccentric spring between the compensation plate and the set screw and a modified form of the pressure piece, the compensating plate on the side facing the pressure piece preferably has a spherical shape and rests in a ball socket of the pressure piece which is adapted to it.
  • the shape of the ball socket can be designed according to the function and load requirements.
  • the invention offers the advantage that the runout can be compensated for in both planes by means of the possible rotation of the compensating disk in the ball socket and that the desired pressure piece play can be determined easily and without any doubt or can be set with the adjusting screw.
  • the side of the shim facing the set screw or also the flat surface of the set screw has a section which corresponds to a maximum of half the side surface and which is curved, ie curved.
  • the eccentric spring is seated in a bore in the shim, the bore being on the non-curved, ie flat, section of the flat surface.
  • the eccentric spring causes the shim to tilt when the distance between the adjusting screw and the pressure piece is increased.
  • an adjustable pressure piece distance is used.
  • FIG. 1 shows a simplified section through a steering gear according to the invention
  • FIG. 2 shows a possible embodiment of the ball socket
  • FIG. 3 shows a variant of the ball socket
  • Figure 4 shows a variant of the rear shim
  • Figure 5 shows the position of the pressure piece with the largest pressure piece distance.
  • 1 denotes the rack of the rack-and-pinion steering gear designed according to the invention, which is acted upon by a central compression spring 2 and the thrust piece 3 arranged between them in the direction of the pinion 4 ( Figure 1).
  • the other end of the central compression spring 2 is supported on the set screw 6 mounted in a housing 5.
  • a compensating disk 7 is now provided between the pressure piece and the adjusting screw, an eccentric bore 9 being provided in the compensating disk 7, in which an eccentric spring 8 is arranged, which, for. B. is a helical compression spring.
  • the pressure piece 3 facing the top of the shim 7 is curved and has z. B. a ball zone 13 which engages in a correspondingly designed ball socket 10 in the pressure piece 3.
  • the ball socket radius 11 of the shim can have the same dimensions as the ball zone radius 14.
  • the size of the contact surface diameter 15 as a contact point between the pressure piece and the compensating disk and its position in the system are also specifically defined.
  • the lubricant supply is improved.
  • the rear side facing the adjusting screw 6 has a curved curvature 16 on a section which corresponds to a maximum of half of this side.
  • the bore 9 for the eccentric spring 8 is arranged in the flat section of the shim.
  • the eccentric spring 8 inserted into the bore 9, e.g. B. a compression spring, causes with increasing distance between the pressure piece and adjusting screw a rotation of the shim, around the shim angle of rotation 21 shown in FIG. 5 and back to the starting position shown in FIG.
  • the shim 7 rotates on the one hand in the ball socket 10 of the pressure piece 3 and on the other hand rolls with its curved underside 16 on the flat surface 18 of the adjusting screw 6.
  • the shim rotation angle 21 is exaggerated in Figure 5 for better understanding. The practical value is very far below, so that there are no functional problems with the two springs 2 and 8.
  • the deflection of the compensating disk 7 can also be effected by a tension spring or a spiral spring in order to achieve the compensating disk rotation angle 21.
  • the curvature 16 and the eccentric spring 8 can also be attached to the adjusting screw 6 instead of the shim 7.

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Abstract

Das Zahnstangen-Lenkgetriebe, insbesondere zur Steuerung von Kraftfahrzeugen, besitzt zum Ausgleich der Planlaufabweichungen zwischen Druckstück (3) und Stellschraube (6) eine einseitig federbeaufschlagte Ausgleichsscheibe (7), deren Oberseite kugelförmig ausgestaltet ist und in eine daran angepasste Aussparung des Druckstücks (3) eingreift und deren Unterseite teilweise gekrümmt ist, so dass die zum Ausgleich von Verzahnungsabweichungen erforderliche Abstandsvarianz zwischen Druckstück (3) und Stellschraube (6) ständig unter Aufrechterhaltung eines Kontakts überbrückt wird.

Description

Zahnstangen-Lenkgetriebe
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zahnstangen- Lenkgetriebe, inbesondere zur Steuerung von Kraftfahrzeugen, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei den herkömmlichen Zahnstangen-Lenkgetrieben ist es üblich, dass die Zahnstange mit ihrer Verzahnung durch eine zentrale Druckfeder und ein dazwischenliegendes Druckstück ständig gegen die Verzahnung des Ritzels gedrückt wird und dass sich die Gegenseite der zentralen Druckfeder auf einer Stellschraube abstützt oder auf einem der Stellschraube vergleichbaren Element, welches auf anderem Wege als durch ein Gewinde eine gewünschte Distanz gewährleistet.
Zwischen den plan ausgeführten Anlageseiten von Druckstück und Stellschraube muss eine axiale Distanz vorgesehen werden, welche mindestens dem Druckstückweg entspricht. Der Druckstückweg ist dabei die Abstandsänderung zwischen Ritzel und Zahnstange infolge ihrer abstandswirksamen Summe der Verzahnungsabweichungen während der Betätigung des Lenkgetriebes .
Wird mit der Stellschraube ein kleineres Druckstückspiel eingestellt als dem abweichungsbedingten Druckstückweg entspricht, kann sich das Lenkgetriebe während seiner Betätigung verklemmen.
Andererseits ist fahrzeugseitig in der Regel ein kleines Druckstückspiel erwünscht, damit unter dem Einfluss der Fahrbahnstösse keine störenden Klappergeräusche im Zahnstangen-Lenkgetriebe entstehen.
Bei Einleitung der Lenkkraft über das Ritzel, ferner durch die auf die Zahnstange wirkende Rückstellkraft aus dem Fahrzeugfahrwerk sowie durch Fahrbahnstösse während der Fahrt werden Zahnstange und Druckstück durch den Verzahnungseingriffswinkel vom Ritzel so lange weggedrückt, bis das Druckstück an der Stellschraube anliegt.
Ein derartiges Zahnstangen-Lenkgetriebe ist z. B. aus der DE OS 19 48 612 bekannt. Dabei weist die vom Lenkrad her betätigte in einem Gehäuse gelagerte Lenkwelle ein Lenkritzel auf, welches in eine Zahnstange eingreift, die von ei- nem Lagerblock mittelbar durch eine Druckfeder mittels eines im Gehäuse gelagerten Schiebers gegen die Zahnstange gedrückt wird. Der Lagerblock ruht mit einer zylindrischen oder sphärischen Führungsfläche auf einer entsprechenden Lagerfläche am Schieber. Eine Druckfeder, die auf den Schieber einwirkt, stützt sich im Gehäuse auf einer Stellschraube ab; um ein Zurückweichen des Schiebers zu begrenzen und damit einem Eingriff zwischen Zahnstange und Lenkritzel zu gewährleisten, ist der Weg des Schiebers durch einen Begrenzungsring einstellbar.
Die bekannten Zahnstangenlenkgetriebe weisen jedoch noch den Nachteil auf, dass die Planlaufabweichungen von Druckstück und Stellschraube zu einem Verkanten des Druckstücks führen können, dass das tatsächlich vorhandene Druckstück- spiel nur sehr schwierig feststellbar ist und dass Fahrbahnstösse auch bei kleinem Druckstückspiel zu Klappergeräuschen führen. Diese Geräusche können zwar durch eine stärkere zentrale Druckfeder reduziert werden, wodurch jedoch das Lenkgetriebe in der Regel schwergängiger wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile 5 zu beseitigen und ein Zahnstangen-Lenkgetriebe zu schaffen, bei dem die unerwünschten Klappergeräusche sicher vermieden werden, das leichtgängig ist und bei dem keine Verkantungen des Druckstücks mehr auftreten.
10 Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung sieht also im wesentlichen die Anordnung 15 zweier zusätzlicher Teile vor, nämlich einmal eine Ausgleichsscheibe zwischen Druckstück und Stellschraube und andererseits eine aussermittige Feder zwischen Ausgleichsscheibe und Stellschraube sowie eine geänderte Form des Druckstücks, wobei die Ausgleichsscheibe an der dem Druck- 20 stück zugewandten Seite vorzugsweise eine Kugelform aufweist und in einer daran angepassten Kugelpfanne des Druckstücks anliegt. Die Form der Kugelpfanne kann den Funkti- ons- und Belastungsanforderungen entsprechend gestaltet sein. ■25
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass mittels der möglichen Drehung der Ausgleichsscheibe in der Kugelpfanne in beiden Ebenen die Planlaufabweichungen ausgeglichen werden können und dass das gewünschte Druckstückspiel einfach und 30 zweifelsfrei festgestellt bzw. mit der Stellschraube eingestellt werden kann. Die der Stellschraube zugewandte Seite der Ausgleichsscheibe oder auch die Planfläche der Stellschraube weist einen Abschnitt auf, der maximal der halben Seitenfläche entspricht und der kurvenförmig ausgestaltet, d. h. gekrümmt ist. Die aussermittige Feder sitzt in einer Bohrung der Ausgleichsscheibe, wobei die Bohrung sich auf dem ungekrümmten, d. h. ebenen Abschnitt der Planfläche befindet. Die aussermittige Feder bewirkt, dass die Ausgleichsscheibe bei Distanzvergrösserung zwischen Stellschraube und Druck- stück kippt. Dadurch besteht unabhängig von der Axiallage des Druckstücks immer eine Brücke zwischen Druckstück und Stellschraube. Anstelle des üblicherweise vorgesehenen Druckstückspiels wird also ein einstellbarer Druckstückabstand verwendet.
Es sei betont, dass die Flächenkrümmung und die Anordnung der aussermittigen Feder auch an der Stellschraube statt an der Ausgleichsscheibe vorgesehen werden können.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der vorteilhafte Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen
Figur 1 einen vereinfacht dargestellten Schnitt durch ein erfindungsgemässes Lenkgetriebe,
Figur 2 eine mögliche Ausgestaltung der Kugelpfanne,
Figur 3 eine Variante der Kugelpfanne,
Figur 4 eine Variante der Ausgleichsscheibenrückseite, und Figur 5 die Stellung des Druckstücks mit dem grössten Druckstückabstand.
In den Figuren, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugs- zeichen versehen sind, bezeichnet 1 die Zahnstange des er- findungsgemäss ausgestalteten Zahnstangen-Lenkgetriebes, welche durch eine zentrale Druckfeder 2 und das dazwischen angeordnete Druckstück 3 in Richtung auf das Ritzel 4 beaufschlagt wird (Figur 1) . Das andere Ende der zentralen Druckfeder 2 stützt sich auf der in einem Gehäuse 5 montierten Stellschraube 6 ab. Zwischen dem Druckstück und der Stellschraube ist nun eine Ausgleichsscheibe 7 vorgesehen, wobei in der Ausgleichsscheibe 7 eine aussermittige Bohrung 9 vorgesehen ist, in welcher eine aussermittige Feder 8 an- geordnet ist, die z. B. eine schraubenförmige Druckfeder ist .
Die dem Druckstück 3 zugewandte Oberseite der Ausgleichsscheibe 7 ist gewölbt ausgestaltet und weist z. B. eine Ku- gelzone 13 auf, die in eine entsprechend ausgestaltete Kugelpfanne 10 im Druckstück 3 eingreift. Der Kugelpfannenradius 11 der Ausgleichsscheibe kann dabei dieselben Abmessungen aufweisen, wie der Kugelzonenradius 14. Zum Ausgleich von Fertiungsabweichungen der Kugelform kann es je- doch vorteilhaft sein, den Kugelpfannenradius gemäss Figur 2 etwas grösser festzulegen oder ihm die Form eines Kegels 12 zu erteilen, wie es in Figur 3 dargestellt ist. Bei Anwendung einer dieser Ausführungsbeispiele ist ausserdem die Grosse des Berührungsflächendurchmessers 15 als Kontakt- stelle zwischen Druckstück und Ausgleichsscheibe sowie seine Lage im System gezielt festgelegt. Zusätzlich wird dadurch die Schmierstoff ersorgung verbessert. Die der Stellschraube 6 zugewandte Rückseite weist auf einem Abschnitt, der maximal der Hälfte dieser Seite entspricht, eine kurvenförmige Krümmung 16 auf. Die Bohrung 9 für die aussermittige Feder 8 ist im ebenen Abschnitt der Ausgleichsscheibe angeordnet.
Die in die Bohrung 9 eingesetzte aussermittige Feder 8, z. B. eine Druckfeder, bewirkt bei zunehmenden Abstand zwi- sehen Druckstück und Stellschraube ein Verdrehen der Ausgleichsscheibe, um den in Figur 5 dargestellten Ausgleichsscheiben-Drehwinkel 21 und zurück in die Figur 1 dargestellte Ausgangsstellung. Die Ausgleichsscheibe 7 dreht sich dabei einerseits in der Kugelpfanne 10 des Druckstücks 3 und rollt andererseits mit ihrer gekrümmten Unterseite 16 auf der ebenen Oberfläche 18 der Stellschraube 6 ab. Der Ausgleichsscheiben-Drehwinkel 21 ist in Figur 5 zum besseren Verständnis übertrieben dargestellt. Der praxisnahe Wert liegt sehr weit darunter, so dass keine Funktionspro- ble e hinsichtlich der beiden Federn 2 und 8 entstehen.
In Figur 3 ist ferner noch der kleinste Druckstückabstand mit 19 bezeichnet, und in Figur 5 ist der grösste Druckstückabstand mit 20 bezeichnet.
Ist aus Gründen der Belastbarkeit in Folge der Fahrbahnstösse eine über die Hälfte der Fläche hinausgehende ebene Unterseite der Ausgleichsscheibe erforderlich, so kann dies, wie es in Figur 4 dargestellt ist, zu Lasten der Kurvenzone um eine ebene Flächenzone 17 erfolgen, ohne die Funktion zu beeinträchtigen. Anstelle der beispielhaft dargestellten schraubenförmigen Druckfeder 8 kann die Auslenkung der Ausgleichsscheibe 7 zur Erreichung des Ausgleichsscheiben-Drehwinkels 21 auch durch eine Zugfeder oder eine Biegefeder erfolgen.
Je nach Platzangebot sind die Krümmung 16 und die aussermittige Feder 8 auch an der Stellschraube 6 anstelle der Ausgleichsscheibe 7 anbringbar.
Bezugszeichenliste
1 Zahnstange
2 zentrale Druckfeder 3 Druckstück
4 Ritzel
5 Gehäuse
6 Stellschraube
7 Ausgleichsscheibe 8 aussermittige Feder
9 Bohrung für aussermittige Feder
10 Kugelpfanne des Druckstücks
11 Kugelpfannenradius
12 Kegel 13 Kugelzone der Ausgleichsscheibe
14 Kugelzonenradius
15 Berührungsflächendurchmesser
16 kurvenförmige Krümmung der Ausgleichsscheiben- Unterseite 17 ebener Abschnitt der Ausgleichscheibe
18 Stellschrauben-Oberseite
19 kleinster Druckstückabstand
20 grösster Druckstückabstand
21 Ausgleichsscheiben-Drehwinkel

Claims

Patentansprüche
1. Zahnstangen-Lenkgetriebe mit einer zentralen Druckfeder, die sich an einer in einem Gehäuse vorgesehenen Stellschraube abstützt und die die Zahnstange über ein Druckstück in Richtung eines Ritzels beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Druckstück (3) und der Stellschraube (6) eine Ausgleichsscheibe (7) angeordnet ist, deren dem Druckstück (3) zugewandte Oberseite eine Kugelzone (13) aufweist, die in eine an der Unterseite des Druckstücks (3) angeordnete an sie angepasste Kugelpfanne (10) eingreift.
2. Zahnstangen-Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsscheibe (7) auf ihrer, der Stellschraube (6) zugewandten Unterseite eine aussermittige Bohrung (9) aufweist, in welche eine Feder (8) eingreift.
3. Zahnstangen-Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (11) der Kugelpfanne grö- sser ist, als der Radius (13) der Kugelzone der Aus- gleichsscheibe (7) .
4. Zahnstangen-Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelpfanne (10) des Druckstücks (3) die Form eines Kegels (12) aufweist.
5. Zahnstangen-Lenkgetriebe nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt der der Stellschraube (6) zugewandten Unterseite der Ausgleichs- scheibe (7) eine konvexe Krümmung (16) aufweist.
6. Zahnstangen-Lenkgetriebe nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung 9 und die aussermittige Feder (8) im ebenen Abschnitt der der Stellschraube (6) zugewandten Unterseite der Ausgleichsscheibe (7) angeordnet sind.
7. Zahnstangen-Lenkgetriebe nach Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Krümmung (16) die Form eines Kreisbogens aufweist.
8. Zahnstangen-Lenkgetriebe nach Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Krümmung (16) die Form einer Ellipse oder einer Hyperbel oder einer Parabel aufweist.
9. Zahnstangen-Lenkgetriebe nach Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung der Krümmung (16) sich über die Hälfte der Unterseite der Aus- gleichsscheibe (7) erstreckt.
10. Zahnstangen-Lenkgetriebe nach Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung der Krümmung
(16) der Ausgleichsscheibe (7) um eine ebene Flächenzo- ne (17) verkleinert ist.
11. Zahnstangen-Lenkgetriebe nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die der Ausgleichscheibe (7) zugewandte Oberseite der Stellschraube (6) eine gewölb- te Krümmung (16) aufweist.
12. Zahnstangen-Lenkgetriebe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung und die aussermittige Feder auf dem ebenen Abschnitt der der Ausgleichsscheibe (7) zugewandten Oberfläche der Stellschraube (6) angeordnet sind.
13. Zahnstangen-Lenkgetriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung (16) die Form eines Kreisbogens aufweist.
14. Zahnstangen-Lenkgetriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung (16) die Form einer Ellipse oder einer Hyperbel oder einer Parabel aufweist.
15. Zahnstangen-Lenkgetriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung der Krümmung (16) der Oberseite der Stellschraube (6) um eine ebene Flächenzone verkleinert ist.
16. Zahnstangen-Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aussermittige Feder (8) eine schraubenförmige Druck- oder Zugfeder oder eine Biegefeder ist.
17. Zahnstangen-Lenkgetriebe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Abstimmung des Abstandes zwischen dem Mittelpunkt des Kugelzonenradius (14) und dem Mittelpunkt der kreisbogenförmigen Krümmung (16) der Ausgleichsscheiben-Rückseite auf den Radius der kreisförmigen Krümmung während der Änderung des Druckstückabstands (19, 20) ein schlupffreies Abrollen der Ausgleichsscheiben- Rückseite auf der Stellschrauben-Planfläche erfolgt.
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