DE102004007771A1

DE102004007771A1 - Zahnstangenlenkung

Info

Publication number: DE102004007771A1
Application number: DE102004007771A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Osterlänger; Alexander Dipl.-Ing. Zernickel (FH); Manfred Dr. Kraus; Stefan Dipl.-Ing. Willared (FH)
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2024-02-19
Also published as: WO2005077730A1; DE102004007771B4

Abstract

Zahnstangenlenkung, mit einer in einem Gehäuse (1a) entlang ihrer Längsachse verschiebbaren und mit einem Ritzel kämmenden Zahnstange (1), die mittels einer Kugelumlaufführung (2) wälzgelagert ist, welche Kugelumlaufführung (2) einen Tragkörper (3) aufweist, an dem ein endloser Kugelkanal (6) ausgebildet ist, in dem Kugeln (7) endlos umlauffähig angeordnet sind, wobei der Kugelkanal (6) einen Lastabschnitt (8) aufweist, in dem die Kugeln (7) unter Last abwälzbar angeordnet sind, und wobei der Kugelkanal (6) ferner einen die Kugeln (7) lastfrei führenden Rücklaufabschnitt (11) und zwei den Lastabschnitt (8) und den Rücklaufabschnitt (11) endlos miteinander verbindende Umlenkabschnitte (12) aufweist, in denen die Kugeln (7) von dem Lastabschnitt (8) in den Rücklaufabschnitt (11) oder umgekehrt umgelenkt werden, wobei der Tragkörper (3) an einer Teilungsebene (T) in zwei Tragkörperteile (4, 5) geteilt ist, wobei die Teilungsebene (T) zumindest im wesentlich parallel zu dem Kugelkanal (6) und innerhalb des endlosen Kugelkanals (6) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge. Die Zahnstangenlenkung weist ein Ritzel auf, welches mit einem Lenkrohr verbunden sein kann. Das Ritzel kämmt mit der Zahnstange, so daß bei einer Drehbewegung des Ritzels die Zahnstange translatorisch bewegt wird. Die Zahnstange kann auf Spurhebel der zu lenkenden Räder einwirken.

Aus DE 32 44 531 A1 beispielsweise ist eine Zahnstangenlenkung bekannt geworden, bei der die Zahnstange in einem Gehäuse angeordnet ist, wobei die Zahnstange im Bereich des Ritzels an ihrer von dem Ritzel abgewandten Seite mittels einer Kugelumlaufführung wälzgelagert ist. Die Kugelumlaufführung ist gegen die Zahnstange angefedert, so dass unerwünschte Klappergeräusche der Zahnstange im Gehäuse eliminiert sind. Die Kugelumlaufführung ist hier als an sich bekanntes Druckstück ausgebildet, das gegen die Zahnstange angefedert ist. Die Kugelumlaufführung umfasst einen Tragkörper, an dem ein endloser Kugelkanal ausgebildet ist, in dem Kugeln angeordnet sind. Der Kugelkanal umfasst einen Lastabschnitt, in dem Kugeln abwälzbar angeordnet sind. In diesem Lastabschnitt wälzen die Kugeln einerseits an einer Kugelrille des Tragkörpers, und andererseits an einer Kugelrille der Zahnstange ab. Der Kugelkanal umfasst ferner einen die Kugeln lastfrei führenden Rücklaufabschnitt und zwei den Lastabschnitt und den Rücklaufabschnitt endlos miteinander verbindende Umlenkabschnitte. In diesen Umlenkabschnitten werden die Kugeln von dem Lastabschnitt in den Rücklaufabschnitt oder umgekehrt umgelenkt.

Die Umlenkkanäle können beispielsweise mit einem Bohrer gebohrt werden, wobei die Bohrerspitze die Bohrung nicht vollständig durchdringt, sondern eine Umlenkkante für die Kugeln bildet. Alternativ kann vorgesehen sein, dass eine halbschalige Laufbahn vorgesehen ist, wobei seitlich in den Tragkörper einzuschiebende Führungsstücke ebenfalls Kugelrillen für die Kugeln aufweisen. Die erste Alternative bedeutet eine spangebende Bearbeitung des Tragkörpers. Bei Fertigung in großen Stückzahlen kann eine spangebende Bearbeitung nachteilig sein. Die zweite Alternative sieht mehrere Einsatzteile vor, die seitlich in den Tragkörper eingeschoben werden müssen. Kritisch kann hier sein, dass die Führungstücke in ihrem oberen Bereich ein Ansatzstück zu Umlenkung der Kugeln aufweisen. Ein weiteres Ansatzstück kann im unteren Bereich erforderlich werden. Um ein Hakeln der Kugeln zu vermeiden, müssen diese Führungsstücke einwandfrei in dem Tragkörper angeordnet sein. Dies bedeutet ein erhöhten Aufwand bei der Herstellung derartiger Zahnstangenlenkungen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zahnstangenlenkung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, bei der diese Nachteile behoben sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Tragkörper an einer Teilungsebene in zwei Tragkörperteile geteilt ist, wobei die Teilungsebene zumindest im wesentlichen parallel zum Kugelkanal und innerhalb des endlosen Kugelkanals angeordnet ist. Wenn die aneinander anliegenden Seiten der Tragkörperteile als ebene Flächen ausgebildet sind, bietet es sich an, den Kugelkanal in zwei Hälften zu teilen, die jeweils parallel zu der ebenen Fläche des Tragkörperteils angeordnet sind. Die Teilungsebene ist dann parallel zum Kugelkanal und innerhalb des Kugelkanals angeordnet. Beide Tragkörperteile können an ihren einander zugewandten Seiten jeweils mit einer endlosen Kugelbahn versehen sein, die gemeinsam den endlosen Kugelbahn begrenzen. Die jeweilige Kugelbahn kann beispielsweise als Kugelrille ausgebildet sein. Die Kugelrillen können beispielsweise spanlos in eine ebene Fläche des Tragkörperteils eingeformt werden, beispielsweise in einem Prägevorgang. Es ist jedoch auch problemlos möglich, derartige Tragkörper im Spritzverfahren aus Kunststoff oder anderem spritzfähigen Material in Kunststoff oder anderem spritzfähigen Material in Spritzwerkzeugen herzustellen, ohne das aufwendige mehrteilige Spritzwerkzeuge erforderlich wären. Hinterschneidungen entfallen, die beispielsweise Schieberwerkzeuge erforderlich machen könnten. Die Tragkörperteile können auch aus Sinterwerkstoff gesintert sein, oder aber aus Stahl in spangebender Bearbeitung hergestellt werden.

Denkbar ist beispielsweise die Tragkörperteile aus Kunststoff insbesondere im Spritzverfahren herzustellen. In diesem Fall kann es sich anbieten, in den Tragkörper ein entlang des Lastabschnittes angeordnetes Einsatzteil vorzusehen, dass an seiner dem Lastabschnitt zugewandten Seite mit einer Kugelrille für die Kugeln versehen ist. Dieses Einsatzteil kann beispielsweise aus einem insbesondere gehärteten Stahlteil gebildet sein, das auch als Blechstreifen ausgeführt sein kann, wobei die Kugelrille in diesem Blechstreifen ebenfalls spanlos eingeformt sein kann. Zur einwandfreien Lagerung des Einsatzteils in den Tragkörper können in beiden Tragkörperteilen jeweils eine Tasche ausgebildet sein, in denen das Einsatzteil mit seinen beiden Längsseiten gelagert ist. Da die Teilungsebene parallel und innerhalb des endlosen Kugelkanals angeordnet ist, lassen sich auch diese Taschen beispielsweise im Spritzverfahren ohne Hinterschneidungen im Spritzwerkzeug herstellen.

Für eine einwandfreie gleichmäßige Belastung der Kugeln im Lastabschnitt sieht eine erfindungsgemäße Weiterbildung vor, dass das Einsatzteil um eine quer zur Längsachse des Lastabschnitts angeordnete Kippachse kippbeweglich angeordnet ist. Diese Kippbeweglichkeit ermöglicht ein Anpassen des Einsatzteils, also ein einwandfreies Ausrichten von dessen Kugelbahn an der Kugelbahn der Zahnstange um ein gleichmäßiges Belasten der Kugeln im Lastabschnitt zu ermöglichen.

Diese Kippbeweglichkeit kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass das Einsatzteil an seiner von dem Lastabschnitt abgewandten Seite konvex gewölbt ist. Wenn diese konvexe Wölbung kreisbogenförmig ist, liegt der Mittelpunkt dieses Kreises auf der erwähnten Kippachse.

Weiter oben wurde bereits erwähnt, dass der endlose Kugelkanal durch jeweils eine an beiden Tragkörperteilen ausgebildete Kugelbahn gebildet sein kann, wobei auf günstige Weise sowohl der Rücklaufschnitt als auch die beiden Umlenkabschnitte gebildet sein können.

Der Tragkörper kann an seiner der Zahnstange zugewandten Seite einen Längsschlitz aufweisen, durch den im Lastabschnitt angeordnete Kugeln mit einem Teil ihres Umfangs durchgreifen, wobei die Teilungsebene des Tragkörpers parallel und innerhalb des Längsschlitzes angeordnet ist. In anderen Worten ausgedrückt ist der Lastabschnitt des endlosen Kugelkanals geöffnet, damit die Kugeln einwandfrei an der Kugelbahn der Zahnstange abwälzen können.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in insgesamt 5 Figuren abgebildeten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Zahnstangenlenkung,
2 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Zahnstangenlenkung aus 1,
3 einen weiteren Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Zahnstangenlenkung,
4 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Zahnstangenlenkung aus 1 jedoch ohne Zahnstange,
5 in perspektivischer Darstellung eine Tragkörperhälfte eines Tragkörpers der erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkung gemäß 1 und
6 ein modifiziertes Einzelteil der Zahnstangenlenkung gemäß 1.
Die in den 1 bis 5 abgebildete erfindungsgemäße Zahnstangenlenkung umfasst eine Zahnstange 1, die in einem lediglich angedeuteten Gehäuse 1a entlang ihrer Längsachse verschiebbar angeordnet ist. Die Zahnstange 1 kämmt mit einem nicht abgebildeten Ritzel. Im Bereich des Ritzels ist die Zahnstange 1 an ihrer von dem Ritzel abgewandten Seite mittels einer Kugelumlaufführung 2 wälzgelagert. Die Kugelumlaufführung umfasst einen Tragkörper 3, der aus zwei Tragkörperteilen 4, 5 zusammengesetzt ist. Der Tragkörper 3 ist mittels einer lediglich schematisch angedeuteten Feder 4a in Richtung auf die Zahnstange 1 angefedert.
In einer Nut des zylindrischen Tragkörpers 3 ist ein Dichtring 18 eingesetzt, der beispielsweise aus einem Gummi gebildet sein kann. Der Dichtring 18 liegt am Gehäuse 1a an. Klappergeräusche des Tragkörpers 3 in dem Gehäuse 1a sind auf diese Weise ausgeschlossen, ebenso eine unerwünschte Schallübertragung von Tragkörper 3 auf das Gehäuse 1a.
Der Tragkörper 3 ist mit einem endlosen Kugelkanal 6 versehen, in dem Kugeln 7 endlos umlaufen. Der Kugelkanal 6 umfaßt einen Lastabschnitt 8, in dem die Kugeln 7 einerseits an einer Kugelrille 9 des Tragkörpers 3 und anderseits an einer Kugelrille 10 der Zahnstange 1 abwälzen. Ferner umfasst der Kugelkanal 6 einen Rücklaufabschnitt 11, in dem die Kugeln 7 lastfrei geführt sind. Ferner umfasst der Kugelkanal 6 zwei Umlenkabschnitte 12, die den Rücklaufabschnitt 11 und den Lastabschnitt 8 endlos miteinander verbinden. Die Kugeln 7 sind endlos umlauffähig im Kugelkanal 6 angeordnet.
Der Tragkörper 3 ist im Bereich des Lastabschnittes 8 mit einem Längsschlitz 13 versehen, durch den die Kugeln 7 mit einem Teil ihres Umfangs durchgreifen, wie dies beispielsweise in der 1 deutlich zu entnehmen ist.
1 zeigt ferner ein die Kugelrille 9 tragendes Einsatzteil 14, dass in den Tragkörper 3 eingesetzt ist. Das Einsatzteil 14 ist vorliegend als Blechstreifen aus gehärtetem Material gebildet. Die beiden Tragkörperteile 4, 5 sind mit je einer Tasche 15 versehen, in denen das Einsatzteil 14 mit seinen Längsseiten gelagert ist. Die beiden Tragkörperteile 4, 5 sind jeweils aus Kunststoff im Spritzverfahren hergestellt.
6 zeigt das aus Blech gebildete Einsatzteil 14, mit der eingeformten Kugelrille 9 auf der einen Seite und zusätzlich auf der gegenüberliegenden Seite eine weitere eingeformte Kugelrille 16, die symmetrisch zur Kugelrille 9 ausgebildet ist. Derartige Blechstreifen lassen sich problemlos in einem Prägeverfahren als Bandprofil herstellen, wobei zur Bildung der Einsatzteile 14 Stücke davon abgelängt werden.
Die beiden Tragkörperteile 4, 5 sind an ihren einander zugewandten Seiten jeweils mit einer endlosen Kugelbahn 17 versehen, wobei die Teilungsebene T der beiden Tragkörperteile 4, 5 parallel und innerhalb des endlosen Kugelkanals 6 angeordnet ist (1), der von beiden Kugelbahnen 17 begrenzt ist. 5 zeigt in perspektivischer Darstellung das Tragkörperteil 5 mit der Kugelbahn 17. Die Kugelbahn 17 ist im Umlenkabschnitt 12 und in dem Rücklaufabschnitt 11 als Kugelrille ausgebildet. Die Tragkörperteile 4, 5 können vorliegend technisch problemlos und wirtschaftlich sehr günstig im Spritzverfahren hergestellt werden, wobei ein Schieberwerkzeug nicht erforderlich ist.
3 zeigt die erfindungsgemäße Zahnstangenlenkung in einem Schnitt entlang der Linie III–III, wie sie in 4 eingezeichnet ist. Aus 3 ist ersichtlich, dass das Einsatzteil 14 im Bereich der Taschen 15 an seiner von der Zahnstange 1 abgewandten Seite konvex gewölbt ist, wobei Kippbewegungen des Einsatzteils 14 um eine Kippachse möglich sind, die quer zur Längsachse der Zahnstange 2 angeordnet ist. Die Kippbeweglichkeit des Einsatzteils 14 ermöglicht Ausgleichbewegungen des Einsatzteils 14 um ein einwandfreies Abwälzen der Kugeln 7 sowohl an der Kugelrille 10 der Zahnstange 1 als auch an der Kugelrille 9 des Einsatzteils 14 zu gewährleisten. Sofern erforderlich, können zusätzliche – hier nicht abgebildete – Lagerplatten im Aufstandsbereich des Einsatzteils 14 in den Taschen 15 vorgesehen sein, um einen günstigere Lastverteilung im Lastabschnitt 8 zu erzielen.
Die beiden Tragkörperteile 4, 5 sind vorliegend als gleiche Bauteile ausgeführt, so daß im Fall des Herstellens in einer Spritzform der Aufwand zur Erstellung des Spritzwerkzeuges reduziert ist.
Wenn – wie vorliegend ausgeführt – sowohl die Zahnstange 1 als auch der Tragkörper 3 zur Bildung des Lastabschnittes 8 mit jeweils einer Kugelrille 9, 10 versehen sind, ist eine einwandfreie Übertragung von Drehmomenten möglich, die um die Längsachse herum wirken. Diese Drehmomente können beispielsweise bei elektromechanischen Lenkhilfen auftreten: in Verlängerung der Zahnstange ist eine Gewindespindel ausgebildet, auf der eine angetriebene Spindelmutter drehbar angeordnet ist. Unter der Drehung der Spindelmutter können Drehmomente auf die Gewindespindel und somit auf die Zahnstange einwirken.

1: Zahnstange
1a: Gehäuse
2: Kugelumlaufführung
3: Tragkörper
4: Tragkörperteil
4a: Feder
5: Tragkörperteil
6: Kugelkanal
7: Kugel
8: Lastabschnitt
9: Kugelrille
10: Kugelrille
11: Rücklaufabschnitt
12: Umlenkabschnitt
13: Längsschlitz
14: Einsatzteil
15: Tasche
16: Kugelrille
17: Kugelbahn
18: Dichtring
T: Teilungsebene

Claims

Zahnstangenlenkung, mit einer in einem Gehäuse (1a) entlang ihrer Längsachse verschiebbaren und mit einem Ritzel kämmenden Zahnstange (1), die mittels einer Kugelumlaufführung (2) wälzgelagert ist, welche Kugelumlaufführung (2) einen Tragkörper (3) aufweist, an dem ein endloser Kugelkanal (6) ausgebildet ist, in dem Kugeln (7) endlos umlauffähig angeordnet sind, wobei der Kugelkanal (6) einen Lastabschnitt (8) aufweist, in dem die Kugeln (7) unter Last abwälzbar angeordnet sind, und wobei der Kugelkanal (6) ferner einen die Kugeln (7) lastfrei führenden Rücklaufabschnitt (11) und zwei den Lastabschnitt (8) und den Rücklaufabschnitt (11) endlos miteinander verbindende Umlenkabschnitte (12) aufweist, in denen die Kugeln (7) von dem Lastabschnitt (8) in den Rücklaufabschnitt (11) oder umgekehrt umgelenkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (3) an einer Teilungsebene (T) in zwei Tragkörperteile (4, 5) geteilt ist, wobei die Teilungsebene (T) zumindest im wesentlichen parallel zum Kugelkanal (6) und innerhalb des endlosen Kugelkanals (6) angeordnet ist.
Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1, bei der im Tragkörper (3) ein entlang des Lastabschnittes (8) angeordnetes Einsatzteil (14) an seiner dem Lastabschnitt (8) zugewandten Seite mit einer Kugelrille (9) für die Kugeln (7) versehen ist.
Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1, bei der die beiden Tragkörperteile (4, 5) aus Kunststoff insbesondere im Spritzverfahren hergestellt sind.
Zahnstangenelenkung nach Anspruch 2, bei der das Einsatzteil vorzugsweise als Blechstreifen ausgeführt ist, wobei in beiden Tragkörperteilen (4, 5) jeweils eine Tasche (15) ausgebildet ist, in denen das Einsatzteil (14) mit seinen beiden Längsseiten gelagert ist.
Zahnstangenlenkung nach Anspruch 2, bei der das Einsatzteil (14) um eine quer zur Längsachse des Lastabschnitts (8) angeordnete Kippachse kippbeweglich angeordnet ist.
Zahnstangenlenkung nach Anspruch 5, bei der das Einsatzteil (14) an seiner von dem Lastabschnitt (8) abgewandten Seite konvex gewölbt ist.
Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1, bei der an beiden Tragkörperteilen (4, 5) an ihren einander zugewandten Seiten jeweils eine Kugelbahn (17) vorgesehen ist, die den Rücklaufabschnitt (11) und die beiden Umlenkabschnitte (12) des Kugelkanals (6) begrenzt.
Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1, bei der der Tragkörper (3) an seiner der Zahnstange (1) zugewandten Seite einen Längsschlitz (13) aufweist, durch den im Lastabschnitt (8) angeordnete Kugeln (7) mit einem Teil ihres Umfangs durchgreifen, wobei die Teilungsebene (T) des Tragkörpers (3) parallel und innerhalb des Längsschlitzes (13) angeordnet ist.