WO2004078559A1 - Zahnstangenlenkung - Google Patents

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WO2004078559A1
WO2004078559A1 PCT/EP2004/002112 EP2004002112W WO2004078559A1 WO 2004078559 A1 WO2004078559 A1 WO 2004078559A1 EP 2004002112 W EP2004002112 W EP 2004002112W WO 2004078559 A1 WO2004078559 A1 WO 2004078559A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rack
pressure piece
sliding sleeve
sleeve
pinion steering
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/002112
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens-Uwe Hafermalz
Original Assignee
Zf Lenksysteme Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zf Lenksysteme Gmbh filed Critical Zf Lenksysteme Gmbh
Publication of WO2004078559A1 publication Critical patent/WO2004078559A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D3/00—Steering gears
    • B62D3/02—Steering gears mechanical
    • B62D3/12—Steering gears mechanical of rack-and-pinion type
    • B62D3/123—Steering gears mechanical of rack-and-pinion type characterised by pressure yokes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/26—Racks
    • F16H55/28—Special devices for taking up backlash
    • F16H55/283—Special devices for taking up backlash using pressure yokes

Definitions

  • the invention relates to rack and pinion steering, in particular for motor vehicles, with a steering housing in which a rack is mounted so as to be longitudinally displaceable, according to the preamble of claim 1.
  • a generic rack and pinion steering is known from DE 100 14 336 A1.
  • the generic document describes a rack and pinion steering for a motor vehicle with a steering housing in which a rack is mounted for longitudinal displacement.
  • the toothed rack meshes with a pinion and a pressure piece, the pressure piece having a base body and a plastic coating which is at least partially applied to the base body so that it cannot be lost.
  • This principle also applies to steer-by-wire steering systems, in which there is no need for a rotationally fixed connection to the steering column.
  • the pressure piece must be able to transmit the required contact pressure and, on the other hand, it must offer a bearing surface that does not cause any significant frictional forces and wear when the rack is moved on the pressure piece.
  • the pressure piece known from the generic document has a metallic base body, which is molded with plastic in a friction-optimized manner. This thrust piece combines the good axial rigidity of the metallic base body with the rational production using plastic injection systems. It is disadvantageous, however, that the play fit between the pressure piece and the housing bore leads to noise formation during mutual steering.
  • a pressure piece made of an aluminum alloy which has a contact surface facing the rack made of a plastic insert.
  • the plastic insert is guided in a form-fitting manner in the pressure piece. Due to the fact that the plastic insert can be mounted in the positive connection of the pressure piece, the plastic insert can be moved relative to the pressure piece in the direction of the rack. This displaceability represents the radial play of the plastic insert in the direction of the rack.
  • the pressure piece is displaceably mounted in the housing bore and therefore also has radial play in the direction of movement of the rack. At the The plastic insert and the pressure piece each change the direction of the rack movement by the radial play, which results in undesirable noises in the steering.
  • a rack and pinion steering system is known neither from the aforementioned documents nor from the general prior art, in which the noise generation in the area of the pressure piece during mutual steering can be avoided.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a rack-and-pinion steering system with a pressure piece, which solves the aforementioned disadvantages of the prior art, in particular enables the pressure piece to move axially without any noise occurring in this area when the direction of the rack movement changes, and an inexpensive and simple manufacture of the pressure piece without tolerance restrictions guaranteed.
  • the pressure piece is composed of a sliding sleeve and a pressure piece body means that various, previously incompatible, advantages can be combined with one another. It is thus possible to select the pressure piece body from a material which has a thermal expansion similar to that of the receiving space in which it is arranged and which generally represents a housing bore in the housing. Furthermore, the sliding sleeve, which is preferably thin-walled, makes it possible to ensure good bearing and wear properties, as are known for the mounting of a rack. Due to these properties, both the static and sliding friction values and the wear in the housing bore are low.
  • the sliding sleeve has a sliding base which is adapted to the back of the toothed rack.
  • the pressure piece body can be installed in the sliding sleeve without play.
  • the rack and pinion forces can thus be introduced in a simple manner via the thin sliding base of the sliding sleeve directly into the preferably rigid pressure piece body, which is in the usual way via an adjusting screw or the like supported on the housing.
  • the axial play is small and can be adapted to the desired default values.
  • the rack is thus pressed against the pinion in an advantageous manner.
  • the solution according to the invention prevents the usual noise development in the area of the pressure piece. This is possible, among other things, by inserting the pressure piece body into the sliding sleeve without play. As a result, no noise due to radial play can arise between the sliding sleeve and the pressure piece body. This can be achieved in a simple manner by the pressure piece body having an interference fit with the sliding sleeve in the radial direction due to different diameters. This can lead to elastic deformation of the sliding sleeve. In a simple manner, the pressure piece body and the sliding sleeve are thus connected without play in the radial direction.
  • the sliding sleeve is also inserted into the receiving space or the housing bore without play.
  • This can be done in a simple and advantageous manner in that the sliding sleeve has an oversize to the inside diameter of the receiving space or to the housing bore.
  • a play-free arrangement of the pressure piece body in the sliding sleeve or the sliding sleeve in the housing bore can also be achieved without an oversize, for example by manufacturing with exactly the same diameter, which would require a relatively exact manufacturing. Due to the elasticity of the sliding sleeve, however, a significantly cheaper manufacturing with the known tolerances can be used.
  • the sliding sleeve for forming the interference fit with the housing bore has an outer diameter that is at least partially larger than the inner diameter of the housing bore.
  • the sliding sleeve has one or more at least partially circumferential sleeve rings. This results in a press fit of the pressure piece or the sliding sleeve in the housing bore, which can be easily checked and can be determined relatively precisely with regard to its static and sliding friction values.
  • the pressure piece body has pressure piece body rings by means of which an interference fit with the surrounding sliding sleeve can be produced in a simple, inexpensive and defined manner. It is advantageous if the pressure piece body rings and the sleeve rings are arranged so that the sleeve rings can spring into a spring space located between the pressure piece body rings.
  • the displaceability of the pressure piece is ensured by spring forces of a pressure element.
  • a spring can be used, for example, as a pressure element which moves the pressure piece axially from the housing in the direction of the rack.
  • the spring force is preferably greater than the static friction which arises from the press fit of the sliding sleeve to the housing bore.
  • the mobility in the axial direction is thus present and the function of the pressure piece is advantageously provided.
  • the sleeve rings / pressure piece rings / spring chamber combination ensures that the sliding sleeve, despite the oversize of the sleeve rings for the housing bore, can be easily spring-loaded into the housing bore.
  • the spring spaces partially take up the sleeve rings and thus allow them to "retreat” or an advantageous press fit. Because the pressure piece body forms an interference fit with the sliding sleeve via the pressure piece rings and therefore not over the entire surface, the pressure piece body can be easily inserted into the sliding sleeve.
  • the press fit of the sliding sleeve in the housing bore creates a preload in the sliding sleeve in the radial direction (that is, in the radial direction of the sliding sleeve).
  • the sliding sleeve will consequently only move in the radial direction when the displacing force is greater than the holding force, which is determined by the prestress.
  • the holding force from the press fit is greater than the shifting force caused by the rack. Due to the low coefficient of friction between the rack and the sliding sleeve, the transmitted shifting force is low.
  • the pressure piece moves with the sliding sleeve during mutual steering, i.e. with reciprocal movement of the rack, not in the radial direction.
  • the shifting force which is transmitted by the static and sliding friction from the rack to the sliding sleeve in the radial direction, is supported by the preload in the plastic sleeve without movement directly into the housing. This eliminates the noise that previously occurred in the case of mutual steering, in all rack and pinion steering systems known from the prior art.
  • the solution according to the invention ensures the function of the pressure piece with a simple and inexpensive construction with an advantageous axial play with simultaneous radial freedom from play and a resulting suppression of noise. It is advantageous if the sliding sleeve is made of plastic, preferably of polyamide.
  • the sliding sleeve has lubricating grooves on the sliding base and / or on the wall.
  • lubrication nubs enable a particularly advantageous mounting of the toothed rack on the sliding base as well as particularly suitable static and sliding friction values between the wall and the housing bore.
  • Figure l shows a section through a rack and pinion steering in the area in which the rack meshes with a pinion
  • Figure 2 is a perspective view of the pressure piece in a partial sectional view.
  • FIG. 1 shows a section of a rack and pinion steering.
  • a longitudinally displaceable rack 2 is mounted in a steering housing 1.
  • a pressure piece 3 is used to press the rack 2 against a pinion 4.
  • the pressure piece 3 is arranged in a receiving space 5, which in the present exemplary embodiment is designed as a housing bore in the steering housing 1.
  • the pressure piece 3 is axially displaceably mounted in the housing bore 5. The axial movement of the pressure piece 3 is limited by an adjusting screw 6 which is screwed into the steering housing 1 or the housing bore 5.
  • the pressure piece 3 is formed on the side facing away from the set screw 6 as a bearing for the rack 2.
  • the pressure piece 3 is essentially formed from a sliding sleeve 8 and a pressure piece body 9 arranged therein without play.
  • the sliding sleeve shows
  • the sliding base 10 which serves as a bearing for the rack 2.
  • the sliding base 10 has lubrication grooves 11.
  • the wall and the sliding base 10 of the sliding sleeve 8 are made very thin, so that the axial forces from the toothed rack 2 can be introduced directly into the rigid pressure element body 9 on the one hand and are ensured on the other hand, that the entire pressure piece 3 has essentially the same thermal expansion as the surrounding housing bore 5 or the steering housing 1.
  • the sliding sleeve 8 is so thin-walled that dimensional changes due to different thermal expansion are not relevant.
  • a thickness of 0.5 to 2 mm, preferably 1 mm, is provided for the wall or the sliding base 10 of the sliding sleeve 8. It is advantageous if the pressure piece play of the pressure piece 3, which in the present case is ensured by the gap 7, does not change due to wear and temperature.
  • a very thin design of the sliding base 10 and a rigid design of the pressure piece body 9 with the same thermal expansion as the steering housing 1 are also outstandingly suitable for this.
  • the pressure piece body 9 is dimensioned accordingly strong, as shown.
  • the sliding sleeve 8 is preferably designed as a plastic sleeve and therefore has particularly good friction properties and good wear behavior
  • a pressure piece spring 12 is arranged, which ensures the freedom from play in the axial direction by the contact pressure.
  • the sliding sleeve 8 is arranged in the housing bore 5 by means of a press fit.
  • a press fit can be realized in a simple manner in that the sliding sleeve 8 has an outer diameter that is at least partially larger than the inner diameter of the housing bore 5.
  • the sliding sleeve 8 has circumferential sleeve rings 13 for this purpose.
  • only one sleeve ring can also be provided.
  • the sleeve rings 13 can also be only partially circumferential.
  • the sleeve rings 13 shown in FIG. 2 are attached in a circumferential manner and ensure an interference fit with the housing bore 5.
  • the sliding sleeve 8, with a wall thickness of preferably 1 mm, has 1.1 to 1.5 mm, preferably 1.2 mm, in the area of the sleeve rings.
  • the pressure piece body 9 is arranged in the sliding sleeve 8 by means of an interference fit. This can be achieved in a simple manner by an outer diameter of the pressure piece body 9 which is larger than the inner diameter of the sliding sleeve 8. In the present exemplary embodiment, however, the pressure piece body 9 advantageously has pressure piece body rings 14. The interference fit is between the outer diameter of the pressure piece body rings 14 and the inner diameter of the sliding sleeve 8.
  • the pressure piece body rings 14 and the sleeve rings 13 are arranged in such a way that the sleeve rings 13 can spring into spring spaces 15 between the pressure piece body rings 14.
  • the sleeve rings 13 and the pressure piece body rings 14, in particular in the arrangement shown in FIG. 2, result in an advantageous interference fit between the sliding sleeve 8 and the housing bore 5 and also between the pressure piece body 9 and the sliding sleeve 8.
  • the pressure piece body 9 is connected to the sliding sleeve 8 by gluing or the like.
  • a radial displacement force is exerted on the sliding sleeve 8 by the movement of the rack 2. This is only slight since the sliding base 10 of the sliding sleeve 8, supported by a lubricant in the lubricant grooves 11, transmits only small frictional forces to the sliding sleeve 8.
  • the sliding sleeve 8 absorbs the displacement forces and introduces them into the steering housing 1 via the press fit.
  • the press fit results from the compression of the sliding sleeve 8, since the spring spaces 15 are present in this area through the pressure piece body 9 or the pressure piece body rings 14.
  • the frictional force that arises from the press fit of the sliding sleeve 8 in the housing bore 5 and thus makes it difficult to move it in the axial direction is only slight, since the good sliding properties of the sliding sleeve 8 made of plastic act here.
  • the displacement force of the pressure piece spring 12 is greater than the friction force and thus ensures the good function of the pressure piece 3.
  • the outside of the wall of the sliding sleeve 8 in this exemplary embodiment only the sleeve rings 13, has a groove which extends essentially in the axial direction 17 on.
  • the groove 17 in the sleeve rings 13 is slit-shaped.
  • the solution according to the invention is of course not limited to rack and pinion steering systems for motor vehicles, rather the pressure piece 3 described can also be used for rack and pinion steering systems in other areas.

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Abstract

Eine Zahnstangenlenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Lenkungsgehäuse, in dem eine Zahnstange längsverschieblich gelagert ist, weist ein Druckstück auf, das zum Andrücken der Zahnstange an ein Ritzel in einem Aufnahmeraum angeordnet ist. Das Druckstück ist im wesentlichen aus einer Gleithülse und einem darin spielfrei angeordneten Druckstückkörper gebildet.

Description

02cd
ZF Lenksysteme GmbH ZFL 5949P/DE Schwäbisch Gmünd 2003-02-28LR/UL
Zahnstangenlenkung
Die Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Lenkungsgehäuse, in dem eine Zahnstange längsverschieblich gelagert ist, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine gattungsgemäße Zahnstangenlenkung ist aus der DE 100 14 336 A1 bekannt.
Die gattungsgemäße Schrift beschreibt eine Zahnstangenlenkung für ein Kraftfahrzeug mit einem Lenkgehäuse, in dem eine Zahnstange längsverschieblich gelagert ist. Die Zahnstange kämmt mit einem Ritzel und einem Druckstück, wobei das Druckstück einen Grundkörper und eine zumindest abschnittsweise auf den Grundkörper unverlierbar aufgebrachte Kunststoffbe- schichtung aufweist. .
Sowohl die gattungsgemäße Zahnstangenlenkung als auch die sonstigen aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannten Zahnstangenlenkungen weisen ein in einem Lenkgehäuse drehbar gelagertes Ritzel auf, das in eine Verzahnung der Zahnstange eingreift. Bei Drehung der mit dem Ritzel drehfest ver- bundenen Lenksäule bewirkt dies eine seitliche Verlagerung der Zahnstange, die wiederum über Spurstangen und Achsschenkel zu einer Verschwenkung der gelenkten Räder des Kraftfahrzeugs führt.
Der Eingriff des Ritzels in die Zahnstange wird spielfrei gehalten, indem ein gegenüber dem Ritzel an der Zahnstange anliegendes Druckstück unter Federvorspannung die Zahnstange gegen das Ritzel drückt.
Dieses Prinzip gilt auch bei Steer-by-Wire-Lenkungen, bei denen auf eine drehfeste Verbindung mit der Lenksäule verzichtet werden kann.
Das Druckstück muss zum einen die erforderliche Anpresskraft übertragen können und zum anderen eine Lagerfläche bieten, die bei Verschiebung der Zahnstange auf dem Druckstück keine nennenswerten Reibkräfte und Verschleiß hervorruft. Das aus der gattungsgemäßen Schrift bekannte Druckstück weist hierzu einen metallischen Grundkörper auf, der reibungsoptimiert mit Kunststoff umspritzt ist. Durch dieses Druckstück wird die gute axiale Steifigkeit des metallischen Grundkörpers mit der rationellen Fertigung durch Kunst- stoffspritzanlagen kombiniert. Von Nachteil ist jedoch, dass es durch die Spielpassung zwischen Druckstück und Gehäusebohrung beim wechselseitigen Lenken zu einer Geräuschbildung kommt.
Aus der DE 44 22 551 C1 ist ein Druckstück aus einer Aluminiumlegierung bekannt, das eine der Zahnstange zugewandte Anlagefläche aus einer Kunststoffeinlage aufweist. Die Kunststoffeinlage wird formschlüssig im Druckstück geführt. Durch die Montierbarkeit der Kunststoffeinlage in die formschlüssige Verbindung des Druckstücks ist eine Verschiebbarkeit der Kunststoffeinlage zum Druckstück in Zahnstangenrichtung vorhanden. Diese Verschiebbarkeit stellt das radiale Spiel der Kunststoffeinlage in Zahnstangenrichtung dar. Das Druckstück wird in der Gehäusebohrung verschiebbar gelagert und hat dadurch ebenfalls ein radiales Spiel in der Bewegungsrichtung der Zahnstange. Beim Richtungswechsel der Zahnstangenbewegung verschieben sich die Kunststoffeinlage und das Druckstück jeweils um das radiale Spiel, woraus unerwünschte Geräusche in der Lenkung resultieren.
Aus der DE-OS 20 01 478 ist ein aus Kunststoff hergestelltes Druckstück bekannt. Dieses Druckstück ist mit einer Spielpassung in der Gehäusebohrung gelagert, wodurch ebenfalls ein radiales Spiel vorhanden ist. Durch die größere Wärmedehnung des Kunststoffteils gegenüber dem Metallgehäuse kommt es Temperatur abhängig zu einem noch größeren Spiel als bei dem aus der DE 44 22 551 C1 bekannten Druckstück. Folglich lässt sich auch bei dem aus der DE- OS 20 01 478 bekannten Druckstück das radiale Spiel in Zahnstangenrichtung nicht vermeiden, so dass es zu unerwünschten Geräuschen beim wechselseitigen Lenken kommt. Die elastische Verformung des Kunststoffdruckstücks ist in axialer Richtung größer als bei einem Metalldruckstück. Durch die größere Verformung und die größere Wärmedehnung kann das Getriebespiel zwischen Ritzel und Zahnstange größer werden, wodurch ebenfalls Geräusche beim wechselseitigen Lenken entstehen.
Zum weiteren Stand der Technik wird ferner auf die DE 195 01 761 C1 verwiesen, aus der ein Druckstück hervorgeht, welches an der zahnstangenseitigen Fläche ein flächiges Gleitstück aus Kunststoff oder einem anderen reibungsarmen Material aufweist. Dieses Gleitstück kann als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet sein.
Aus der DE 35 25 688 C2 ist ein aus Kunstharz gefertigtes Druckstück für Zahnstangenlenkgetriebe für Kraftfahrzeuge bekannt.
Weder aus den vorgenannten Schriften, noch aus dem allgemeinen Stand der Technik ist eine Zahnstangenlenkung bekannt, bei der die Geräuschbildung im Bereich des Druckstücks beim wechselseitigen Lenken vermieden werden kann. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zahnstangenlenkung mit einem Druckstück zu schaffen, die die vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik löst, insbesondere eine axiale Beweglichkeit des Druckstücks ermöglicht, ohne dass in diesem Bereich eine Geräuschentwicklung beim Richtungswechsel der Zahnstangenbewegung auftritt, und eine kostengünstige und einfache Fertigung des Druckstücks ohne Toleranzeinschränkung gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst.
Dadurch, dass sich das Druckstück aus einer Gleithülse und einem Druckstückkörper zusammensetzt, lassen sich verschiedene, bislang unvereinbare Vorteile miteinander kombinieren. So ist es möglich den Druckstückkörper aus einem Material zu wählen, das eine ähnliche Wärmedehnung aufweist wie der Aufnahmeraum in dem dieses angeordnet wird und der im allgemeinen eine Gehäusebohrung des Gehäuses darstellt. Des weiteren ist es durch die Gleithülse, die vorzugsweise dünnwandig ausgebildet ist, möglich gute Lager- und Verschleißeigenschaften, wie sie für die Lagerung einer Zahnstange bekannt sind zu gewährleisten. Durch diese Eigenschaften sind sowohl die Haft- und Gleitreibungswerte als auch der Verschleiß in der Gehäusebohrung gering.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass die Gleithülse einen Gleitboden aufweist, welcher dem Zahnstangenrük- ken angepasst ist.
In einfacher Weise kann der Druckstückkörper spielfrei in die Gleithülse montiert werden. Die Zahnstangenkräfte können somit in einfacher Weise über den dünnen Gleitboden der Gleithülse direkt in den vorzugsweise steifen Druckstückkörper eingeleitet werden, welcher sich in üblicher Weise über eine Stell- schraube oder ähnlichem am Gehäuse abstützt. Dadurch ist das axiale Spiel klein und kann an die gewünschten Vorgabewerte angepasst werden. Die Zahnstange wird somit in vorteilhafter Weise an das Ritzel gedrückt.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird die bisher übliche Geräuschentwicklung im Bereich des Druckstückes verhindert. Dies ist unter anderem dadurch möglich, dass der Druckstückkörper spielfrei in die Gleithülse eingesetzt wird. Dadurch können zwischen der Gleithülse und dem Druckstückkörper keine Geräusche aufgrund eines radialen Spiels entstehen. In einfacher Weise kann dies erreicht werden indem der Druckstückkörper zur Gleithülse in radialer Richtung durch unterschiedliche Durchmesser eine Presspassung aufweist. Dabei kann es zur elastischen Verformung der Gleithülse kommen. In einfacher Weise sind somit der Druckstückkörper und die Gleithülse in radialer Richtung spielfrei verbunden.
Des weiteren wird die Gleithülse ebenfalls spielfrei in den Aufnahmeraum bzw. die Gehäusebohrung eingesetzt. Dies kann in einfacher und vorteilhafter Weise dadurch erfolgen, dass die Gleithülse ein Übermaß zum Innendurchmesser des Aufnahmeraumes bzw. zur Gehäusebohrung hat. Bei der Montage der Gleithülse (vorzugsweise mit dem bereits vormontierten bzw. eingesetzten Druckstückkörper) in die Gehäusebohrung verformt sich folglich die. Gleithülse. Daraus ergibt sich eine Presspassung zwischen der Gehäusebohrung und dem Druckstück durch die Gleithülse. Besondere Toleranzforderungen bestehen dabei nicht, da die Fertigungstoleranzen der Durchmesser aufgrund der Elastizität der Gleithülse ausgeglichen werden können.
Selbstverständlich kann eine spielfreie Anordnung des Druckstückkörpers in der Gleithülse bzw. der Gleithülse in der Gehäusebohrung auch ohne ein Übermaß, beispielsweise durch eine Fertigung mit exakt gleichen Durchmessern erzielt werden, wobei dies eine relativ exakte Fertigung erfordern würde. Aufgrund der Elastizität der Gleithülse kann jedoch auf eine wesentlich kosten- günstigere Fertigung mit den bekannten Toleranzen zurückgegriffen werden kann.
Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass die Gleithülse zur Ausbildung der Presspassung mit der Gehäusebohrung einen Außendurchmesser aufweist, der wenigstens teilweise größer ist als der Innendurchmesser der Gehäusebohrung.
Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Gleithülse einen oder mehrere wenigstens teilweise umlaufende Hülsenringe aufweist. Somit ergibt sich eine Presspassung des Druckstückes bzw. der Gleithülse in der Gehäusebohrung, die einfach kontrolliert und hinsichtlich ihrer Haft- und Gleitreibungswerte relativ exakt bestimmt werden kann.
Analog dazu kann ebenfalls vorgesehen sein, dass der Druckstückkörper Druckstückkörperringe aufweist durch die eine Presspassung mit der umgebenden Gleithülse in einfacher, kostengünstiger und definierter Weise erzeugt werden kann. Vorteilhaft ist dabei, wenn die Druckstückkörperringe und die Hülsenringe so angeordnet sind, dass die Hülsenringe in einen zwischen den Druckstückkörperringen befindlichen Federraum einfedern können.
Dadurch lassen sich einerseits die Haft- und Reibkräfte besonders exakt und zuverlässig dimensionieren. Andererseits ist die Verschiebbarkeit des Druckstücks durch Federkräfte eines Andruckelementes gesichert. Als Andruckelement welches das Druckstück vom Gehäuse axial in Richtung auf die Zahnstange bewegt, kann beispielsweise eine Feder verwendet werden. Die Federkraft ist dabei vorzugsweise größer als die Haftreibung, welche durch die Presspassung der Gleithülse zur Gehäusebohrung entsteht. Damit ist die Beweglichkeit in axialer Richtung vorhanden und die Funktion des Druckstücks in vorteilhafter Weise gegeben. Durch die Hülsenringe/Druckstückringe/Federraum-Kombination ist gewährleistet, dass die' Gleithülse, trotz des Übermaßes der Hülsenringe zur Gehäusebohrung einfach in die Gehäusebohrung eingefedert werden kann. Die Federräume nehmen dabei die Hülsenringe teilweise auf und ermöglichen somit deren "zurückweichen" bzw. eine vorteilhafte Presspassung. Dadurch, dass der Druckstückkörper über die Druckstückringe - und somit nicht vollflächig - eine Presspassung mit der Gleithülse bildet, lässt sich der Druckstückkörper einfach in die Gleithülse einführen.
Durch die Presspassung der Gleithülse in der Gehäusebohrung entsteht eine Vorspannung in der Gleithülse in radialer Richtung (das heißt in radialer Richtung der Gleithülse). Die Gleithülse wird sich folglich erst dann in radialer Richtung bewegen, wenn die verschiebende Kraft größer ist als die haltende Kraft, die sich durch die Vorspannung bestimmt. Wie sich in Versuchen gezeigt hat ist die haltende Kraft aus der Presspassung größer als die verschiebende Kraft, die sich durch die Zahnstange bedingt. Aufgrund der geringen Reibwerte zwischen der Zahnstange und der Gleithülse ist die sich übertragende verschiebende Kraft gering. Dadurch bewegt sich das Druckstück mit der Gleithülse beim wechselseitigen Lenken, d.h. bei einer wechselseitigen Bewegung der Zahnstange, nicht in radialer Richtung. Die verschiebende Kraft, welche durch die Haft- und Gleitreibung von der Zahnstange auf die Gleithülse in radialer Richtung übertragen wird, wird durch die Vorspannung in der Kunststoffhülse ohne Bewegung direkt in das Gehäuse abgestützt. Die bisher beim wechselseitigen Lenken, bei allen aus dem Stand der Technik bekannten Zahnstangenlenkungen auftretende Geräuschentwicklung wird dadurch eliminiert.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird die Funktion des Druckstücks bei einfachem und kostengünstigem Aufbau mit einem vorteilhaften axialen Spiel bei gleichzeitiger radialer Spielfreiheit und einer daraus resultierenden Unterdrückung der Geräuschentwicklung gewährleistet. Von Vorteil ist es, wenn die Gleithülse aus Kunststoff, vorzugsweise aus Polyamid, ausgebildet ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die Gleithülse Schmiernuten am Gleitboden und/oder an der Wandung aufweist.
Durch die Ausbildung von Schmiernufen lassen sich eine besonders vorteilhafte Lagerung der Zahnstange am Gleitboden sowie besonders geeignete Haft- und Gleitreibungswerte zwischen der Wandung und der Gehäusebohrung erzielen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
Figur l einen Schnitt durch eine Zahnstangenlenkung im Bereich, in dem die Zahnstange mit einem Ritzel kämmt; und
Figur 2 eine perspektivische Darstellung des Druckstückes in einer Teilschnittdarstellung.
Zahnstangenlenkungen, insbesondere für Kraftfahrzeuge sind aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich bekannt, weshalb nachfolgend lediglich auf die für die Erfindung wesentlichen Merkmale näher eingegangen wird.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer Zahnstangenlenkung. Dabei ist in einem Lenkgehäuse 1 eine längsverschiebliche Zahnstange 2 gelagert. Ein Druckstück 3 dient dabei zum Andrücken der Zahnstange 2 an ein Ritzel 4. Das Druckstück 3 ist in einem Aufnahmeraum 5, der im vorliegenden Ausführungs- beiεpiel als Gehäusebohrung des Lenkgehäuses 1 ausgebildet ist, angeordnet. Das Druckstück 3 ist in der Gehäusebohrung 5 axial verschiebbar gelagert. Die axiale Bewegung des Druckstückes 3 wird durch eine Stellschraube 6, welche in das Lenkgehäuse 1 bzw. die Gehäusebohrung 5 eingeschraubt ist, begrenzt. Das Druckstück 3 ist an der von der Stellschraube 6 abgewandten Seite als Lagerstelle für die Zahnstange 2 ausgebildet.
Aus der Übertragung von Kräften zwischen dem Ritzel 4 und der Zahnstange 2 resultiert eine axiale Bewegung des Druckstückes 3 aufgrund der Zahntrennkräfte und der Lagerfunktion des Druckstückes 3. Die dabei mögliche axiale Bewegung des Druckstückes 3 wird durch die Stellschraube 6 eingestellt und sichert das Druckstückspiel. Das Druckstückspiel ist in Figur 1 durch den Spalt
7 zwischen dem Druckstück 3 und der Stellschraube 6 gegeben bzw. bestimmt.
Das Druckstück 3 ist im wesentlichen aus einer Gleithülse 8 und einem darin spielfrei angeordneten Druckstückkörper 9 gebildet. Dabei weist die Gleithülse
8 einen Gleitboden 10 auf, der als Lagerstelle für die Zahnstange 2 dient. Zur besonders bevorzugten Lagerung der Zahnstange 2 weist der Gleitboden 10 Schmiernuten 11 auf.
Wie aus Figur 1 und Figur 2 ersichtlich ist, sind die Wandung und der Gleitboden 10 der Gleithülse 8 sehr dünn ausgebildet, so dass die axialen Kräfte von der Zahnstange 2 zum einen direkt in den steifen Druckstückkörper 9 eingeleitet werden können und zum anderen gewährleistet ist, dass das gesamte Druckstück 3 im wesentlichen die gleiche Wärmeausdehnung aufweist, wie die umgebende Gehäusebohrung 5 bzw. das Lenkgehäuse 1.
Die Gleithülse 8 ist so dünnwandig, dass Maßänderungen durch unterschiedliche Wärmeausdehnung nicht relevant sind. Im Ausführungsbeispiel ist für die Wandung bzw. den Gleitboden 10 der Gleithülse 8 eine Stärke von 0,5 bis 2 mm, vorzugsweise 1 mm, vorgesehen. Vorteilhaft ist es, wenn sich das Druckstückspiel des Druckstückes 3, das im vorliegenden Fall durch den Spalt 7 gewährleistet wird, durch Verschleiß und Temperatur nicht verändert. Auch hierfür ist eine sehr dünne Ausbildung des Gleitbodens 10 und eine steife Ausbildung des Druckstückkörpers 9 mit der gleichen Wärmedehnung wie das Lenkgehäuse 1 hervorragend geeignet. Vorzugsweise wird dabei der Druckstückkörper 9, wie dargestellt, entsprechend stark dimensioniert.
Die Gleithülse 8 ist vorzugsweise als Kunststoffhülse ausgebildet und weist dadurch besonders gute Reibeigenschaften und ein gutes Verschleißverhalten auf
Zwischen dem Druckstück 3 und der Stellschraube 6 ist eine Druckstückfeder 12 angeordnet, die durch die Anpresskraft die Spielfreiheit in axialer Richtung sichert.
Die Gleithülse 8 ist im Ausführungsbeispiel mittels Presspassung in der Gehäusebohrung 5 angeordnet. In einfacher Weise kann eine Presspassung dadurch realisiert werden, dass die Gleithülse 8 einen Außendurchmesser aufweist, der wenigstens teilweise größer ist als der Innendurchmesser der Gehäusebohrung 5.
Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, weist die Gleithülse 8 hierfür umlaufende Hülsenringe 13 auf. In einer alternativen Ausführungsform kann auch lediglich ein Hülsenring vorgesehen sein. Die Hülsenringe 13 können auch nur teilweise umlaufend ausgebildet sein.
Die in Figur 2 dargestellten Hülsenringe 13 sind umlaufend aufbauend angebracht und stellen die Presspassung zur Gehäusebohrung 5 sicher. Die Gleithülse 8, mit einer Wandstärke von vorzugsweise 1 mm, weist im Bereich der Hülsenringe 1 ,1 bis 1 ,5 mm, vorzugsweise 1 ,2 mm, auf. Der Druckstückkörper 9 ist mittels Presspassung in der Gleithülse 8 angeordnet. In einfacher Weise kann dies durch einen Außendurchmesser des Druckstückkörpers 9 realisiert werden, der größer ist als der Innendurchmesser der Gleithülse 8. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Druckstückkörper 9 jedoch in vorteilhafter Weise Druckstückkörperringe 14 auf. Die Presspassung besteht dabei zwischen dem Außendurchmesser der Druckstückkörper- ringe 14 und dem Innendurchmesser der Gleithülse 8.
Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, sind die Druckstückkörperringe 14 und die Hülsenringe 13 so angeordnet, dass die Hülsenringe 13 in Federräume 15 zwischen den Druckstückkörperringen 14 einfedern können. Dadurch ist die Dimensionierung der Reibkräfte zur Gehäusebohrung 5 möglich und die axiale Verschiebbarkeit des Druckstücks 3 durch die Druckstückfeder 12 gesichert. Durch die Hüisenringe 13 sowie die Druckstückkörperringe 14, insbesondere in der in Figur 2 dargestellten Anordnung, ergibt sich sowohl eine vorteilhafte Presspassung zwischen der Gleithülse 8 und der Gehäusebohrung 5 als auch zwischen dem Druckstückkörper 9 und der Gleithülse 8.
In einer alternativen Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass der Druckstückkörper 9 durch Verkleben oder dergleichen mit der Gleithülse 8 verbunden ist.
Durch die Bewegung der Zahnstange 2 wird eine radiale Verschiebekraft auf die Gleithülse 8 ausgeübt. Diese ist nur gering, da der Gleitboden 10 der Gleithülse 8 unterstützt durch ein Schmiermittel in den Schmiermittelnuten 11 nur kleine Reibkräfte auf die Gleithülse 8 überträgt. Die Gleithülse 8 nimmt die Verschiebekräfte auf und leitet sie über die Presspassung in das Lenkgehäuse 1 ein. Die Presspassung entsteht durch das Einfedern der Gleithülse 8, da in diesem Bereich die Federräume 15 durch den Druckstückkörper 9 bzw. die Druckstückkörperringe 14 vorhanden sind. Durch'diese Vorspannung der Gleithülse 8 bewegt sich diese nicht in radialer Richtung beim Bewegen der Zahnstange 2 und kann so auch kein Geräusch durch Anschlagen in der Gehäusebohrung 5 hervorrufen. •
Die Reibungskraft, die durch die Presspassung der Gleithülse 8 in der Gehäusebohrung 5 entsteht und damit die Verschiebbarkeit in axialer Richtung erschwert, ist nur gering, da hierbei die guten Gleiteigenschaften der aus Kunststoff gefertigten Gleithülse 8 wirken. Die Verschiebekraft der Druckstückfeder 12 ist größer als die Reibkraft und sichert so die gute Funktion des Druckstückes 3.
Um bei der Montage der Stellschraube 6 und deren Dichtelement 16 keinen Undefinierten Luftdruck zwischen Stellschraube 6 und Druckstück 3 entstehen zu lassen, weist die Außenseite der Wandung der Gleithülse 8, im vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich die Hülsenringe 13, eine sich im wesentlichen in axialer Richtung erstreckende Nut 17 auf. Die Nut 17 in den Hülsenringen 13 ist schlitzförmig ausgebildet.
Die erfindungsgemäße Lösung ist selbstverständlich nicht auf Zahnstangenlenkungen für Kraftfahrzeuge beschränkt, vielmehr kann das beschriebene Druckstück 3 auch bei Zahnstangenlenkungen in anderen Bereichen eingesetzt werden.

Claims

ZF Lenksysteme GmbH ZFL 5949P/DESchwäbisch Gmünd 18.02.2003 LR/ULPatentansprüche
1. Zahnstangenlenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Lenkungsgehäuse, in dem eine Zahnstange längsverschieblich gelagert ist, und mit einem Druckstück, das zum Andrücken der Zahnstange an ein Ritzel in einem Aufnahmeraum angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Druckstück (3) im wesentlichen aus einer Gleithülse (8) und einem darin spielfrei angeordneten Druckstückkörper (9) gebildet ist.
2. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Gleithülse (8) mittels Presspassung in dem Aufnahmeraum (5) angeordnet ist.
3. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Gleithülse (8) einen Gleitboden (10) als Lagerstelle für die Zahnstange (2) aufweist.
4. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Gleithülse (8) zur Ausbildung der Presspassung mit dem Aufnahmeraum (5) einen Außendurchmesser aufweist, der wenigstens teilweise größer ist als der Innendurchmesser des Aufnahmeraums (5).
5. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Gleithülse (8) wenigstens einen Hülsenring (13) aufweist.
6. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Druckstückkörper (9) Druckstückkörperringe (14) aufweist und die Druckstückkörperringe (14) zu den Hülsenringen (13) derart angeordnet sind, dass die Hülsenringe (13) in Federräume (15) zwischen den Druckstückkörperringen (14) einfedern können.
7. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass. die Gleithülse (8) dünnwandig ausgebildet ist.
8. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Gleithülse (8) Schmiernuten (11) am Gleitboden (10) und/oder an der Wandung aufweist.
9. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Druckstückkörper (9) mittels Presspassung in der Gleithülse (8) angeordnet ist.
10. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Druckstückkörper (9) durch Verkleben mit der Gleithülse (8) verbunden ist.
11. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u rch g e ke n n ze i c h n et , dass die Außenseite der Wandung der Gleithülse (8) und/ oder der Hülsenringe (13) wenigstens eine sich im wesentlichen in axialer Richtung erstreckende
Nut (16) aufweist.
Bezugszeichen
1 Lenkgehäuse
2 Zahnstange
3 Druckstück
4 Ritzel
5 Aufnahmeraum, Gehäusebohrung
6 Stellschraube
7 Spalt
8 Gleithülse
9 Druckstückkörper
10 . Gleitboden
11 Schmiernut
12 Druckstückfeder
13 Hülsenring
14 Druckstückkörperring
15 Federraum
16 Dichtelement
17 Nut
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