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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet der
Zahnstangenlenkungen von Kraftfahrzeugen. Im Spezielleren befasst
sich diese Erfindung mit der Untergruppe, die ”Andruckstrang
oder -leitung” einer solchen Lenkung genannt wird, deren
Funktion es ist, die Zahnstange in Eingriffskontakt mit dem Lenkritzel
zu halten und dabei gleichzeitig die Zahnungsfehler auszugleichen,
und deren Aufgabe auch darin besteht, die Montage des Ritzels im
Gehäuse der Zahnstangenlenkung zu erleichtern.
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In
einer Kraftfahrzeugzahnstangenlenkung ist ein Lenkritzel drehfest
mit der Lenksäule verbunden, die mittels des Lenkrads des
Fahrzeugs betätigt wird, wobei das Ritzel mit einer Zahnstange
in Eingriff gelangt, die gleitbeweglich in einem Lenkgehäuse angebracht
ist. Die beiden Enden der Zahnstange, die außerhalb des
Gehäuses liegen, sind mit zwei Lenkungspleuelstangen gekoppelt,
die jeweils den rechten und linken Leiträdern des Fahrzeugs
zugeordnet sind. Auf diese Weise wird die Drehung des Lenkrads in
der einen oder anderen Richtung, also die entsprechende Drehung
des Lenkritzels, mechanisch in eine entsprechende Translation der
Zahnstange umgesetzt, die mit Hilfe der Pleuelstangen wiederum die
Ausrichtung der Leiträder des Fahrzeugs bewirkt.
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Für
gewöhnlich wird die Zahnstange in dieser Art von Lenkung
in dauerndem Eingriffskontakt am Ritzel gehalten, und zwar mittels
eines mechanischen Teils, das als ”Andruckteil” bezeichnet
wird und in einem Teil mit einer an das Lenkgehäuse angepassten
Gestaltung oder in einem Hilfsgehäuse mit zylindrischer
Innenwand gleitbeweglich entlang einer Achse angebracht ist, die
im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Zahnstange
ist. Das Andruckteil wird auf eine Weise elastisch so beaufschlagt,
dass es an der Rückseite der Zahnstange mit einem formangepassten
Endteil und insbesondere einem Teil mit konkavem Profil in Anlage
kommt, das sich auf der dem Lenkritzel gegenüberliegenden
Seite befindet. Dank eines solchen Andruckteils werden die Fehler
eines Eingriffs zwischen der Zahnstange und dem Ritzel ausgeglichen,
und das Andruckteil stellt auch die Führung der Zahnstange
sicher. Beispiele für bekannte Andruckleitungen sind in
den europäischen Patentanmeldungen
EP 0 758 605 und
EP 0 860 345 oder in der französischen
Patentanmeldung
FR 2 663 284 wiedergegeben.
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Ein
solches Andruckteil gehört für gewöhnlich
zu einer Untergruppe, die ”Andruckstrang oder -leitung” genannt
wird und sich im Allgemeinen zusammensetzt aus:
- – dem
eigentlichen Andruckteil, das vorteilhafter Weise eine Reibungsplatte
aufweist, die für einen geringen Reibungskoeffizienten
zwischen diesem Andruckteil und der Zahnstange sorgt;
- – elastischen Einrichtungen, die aus einer einzigen
zylindrischen Schraubenfeder oder aus einer oder mehreren Federscheibe/n
oder einem Ring aus Elastomer oder aber auch aus einer Kombination
solcher elastischer Teile bestehen können;
- – einer Einstellschraube, die mehr oder weniger tief
in den Teil des Gehäuses oder in das Hilfsgehäuse
eingedreht ist, welches das Andruckteil aufnimmt, wobei die elastischen
Einrichtungen zwischen dem Andruckteil und der Einstellschraube
eingesetzt sind, die somit eine Einstellung der Kompression dieser
elastischen Einrichtungen zulässt und dabei einen freien
Anschlag bildet, der den Rückzugsweg des Andruckteils einschränkt.
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Wie
bereits weiter vorn angegeben, ermöglicht es eine solche
Vorrichtung, über einen dauernden Eingriffskontakt zwischen
dem Ritzel und der Zahnstange zu verfügen, indem gleichzeitig
die Verzahnungsfehler dieser Teile ausgeglichen werden. Die elastischen
Einrichtungen, die zwischen der Einstellschraube und dem Andruckteil
wirken, ermöglichen auch, den Verschleiß beim
Betrieb, also im Verlauf der Zeit, des Ritzels und der Zahnstange
sowie den Verschleiß der Reibungsplatte des Andruckteils auszugleichen.
Jedoch ist das Zurückweichen des Andruckteils, oder seine
relative Position in Bezug auf den durch die Einstellschraube gebildeten
Anschlag um eine entsprechende Verschiebung beim kumulierten Verschleiß der
drei Bestandteile, nämlich des Ritzels, der Zahnstange
und der Reibungsplatte erhöht.
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Die
Nachteile der gegenwärtigen Auslegung der Andruckleitung
und des erhöhten Zurückweichens des Andruckteils
oder der möglichen relativen Verschiebung zwischen dem
Andruckteil und seines durch die Einstellschraube gebildeten Anschlags sind
insbesondere:
- – eine Wahrscheinlichkeit
des Auftretens von Geräuschen, wenn das Fahrzeug auf einer
schlechten Fahrbahn fährt, und
- – eine Erhöhung des Biegemoments im Eingriffsbereich
der Verzahnungen des Ritzels und der Zahnstange, und dies vor allem
beim Volllastbetrieb.
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Da
sich im Übrigen die gesamte Andruckleitung gegenwärtig
entlang einer zur Längsachse der Zahnstange im Wesentlichen
senkrechten Achse erstreckt, und angesichts der Abmessung der Bestandteile
dieser Andruckleitung, bildet diese einen relativ großen Überstand
am Lenkgehäuse.
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die vorstehend dargelegten
Nachteile auszumerzen und hat somit zur Aufgabe, ein neues Konzept
für eine Andruckleitung bereitzustellen, die dieselben
Aufgaben erfüllt und dieselben Funktionsvorteile wie eine herkömmliche
Andruckleitung vereinigt und dabei für eine kleinere Abmessung
und eine selbsttätige Kompensation des Verschleißes
des Andruckteils und der Verzahnungen sorgt.
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Dazu
hat die Erfindung eine Andruckleitung für eine Kraftfahrzeugzahnstangenlenkung
zur Aufgabe, wobei die Andruckleitung ein eigentliches Andruckteil,
das dazu vorgesehen ist, sich an der Rückseite der Zahnstange,
auf der dem Lenkritzel gegenüberliegenden Seite anzulegen,
und elastische Einrichtungen aufweist, die auf das Andruckteil wirken, um
es gegen die Rückseite der Zahnstange zu drücken,
wobei sich die Andruckleitung im Wesentlichen dadurch auszeichnet,
dass das Andruckteil mit einer zur Längsachse der Zahnstange
senkrechten Bewegungskomponente beweglich angebracht ist, die elastischen
Einrichtungen im Wesentlichen parallel zur Längsachse der
Zahnstange angeordnet sind und wirken, und dass Rückstelleinrichtungen
mit Schrägkontakt zwischen den elastischen Einrichtungen
und dem eigentlichen Andruckteil eingesetzt sind.
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Insbesondere
weisen die Rückstelleinrichtungen mit Schrägkontakt
ein Anschlagteil auf, das zur Längsachse der Zahnstange
parallel verschiebbar ist, und an das sich die elastischen Einrichtungen mit
einem ihrer Enden anlegen, wobei das Anschlagteil eine schräge
Fläche aufweist, die mit einer entsprechend geneigten hinteren
schrägen Fläche in Kontakt ist, die zum eigentlichen
Andruckteil gehört.
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Die
elastischen Einrichtungen bestehen vorteilhafter Weise aus einer
Schraubenfeder mit einer zur Längsachse der Zahnstange
parallelen Achse, wobei sich ein Ende dieser Schraubenfeder direkt oder
indirekt an das Anschlagteil anlegt, während sich ihr anderes
Ende innen an einem Teil des Lenkgehäuses oder an ein Hilfsgehäuse
anlegt, in dem diese Feder sowie das Anschlagteil untergebracht sind.
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Somit
besteht der Gedanke, welcher der vorliegenden Erfindung zugrunde
liegt, darin, eine Andruckleitung mit Winkelrückstellung
zu realisieren, von der ein Teil der Bestandteile, insbesondere
die Feder, nicht mehr senkrecht, sondern vielmehr parallel zur Längsachse
der Zahnstange angeordnet ist, wobei die Feder mittels einfach ausgeführter
Rückstelleinrichtungen mit Schrägkontakt auf das
eigentliche Andruckteil wirkt. Die Andruckleitung liegt somit am
Lenkgehäuse an und nimmt nur einen geringen zusätzlichen
Raum ein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgegenständlichen
Andruckleitung umfasst das eigentliche Andruckteil symmetrisch zu
seiner hinteren schrägen Fläche, die mit dem Anschlagteil
in Kontakt kommt, eine weitere, umgekehrt geneigte hintere schräge
Fläche, die sich an eine entsprechend geneigte schräge
Innenfläche anlegt, die zu dem Teil des Lenkgehäuses
oder zum Hilfsgehäuse gehört, in dem die Feder
und das Anschlagteil untergebracht sind.
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Dank
einer solchen Auslegung kann die Feder eine konstante Steifigkeit
besitzen, wobei diese Feder nämlich nur einen geringen
Prozentanteil (ca. 10%) der axialen Kräfte verkraften muss,
die aufgrund des Eingriffs zwischen dem Ritzel und der Zahnstange
auf das Andruckteil ausgeübt werden. Der größte
Teil dieser Kräfte wird direkt durch das Lenkgehäuse
oder das Hilfsgehäuse wieder aufgenommen, an dem auch die
Rückseite des Andruckteils anliegt.
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Außerdem
ermöglicht es der geeignet geneigte Schrägkontakt
zwischen dem Andruckteil und dem Gehäuse genauso wie zwischen
dem Andruckteil und dem Anschlagteil, für eine bestimmte
Axialverschiebung des Andruckteils oder für einen bestimmten
Verschleiß des Ritzels oder der Zahnstange oder des Andruckteils,
eine verstärkte Verformung der Feder und somit eine verstärkte
Verschiebung des Anschlagteils zu erzielen. Diese Verstärkung
ermöglicht es, ein selbsttätiges Verschleißkompensationssystem
vorzusehen und zu dimensionieren, das in seinem Funktionsablauf
ausreichend fein ist und überdies den Überstand
nicht vergrößert, der durch den Ritzelstrang am
Gehäuse entsteht.
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In
einer Ausführungsform besteht das selbsttätige
Verschleißkompensationssystem einfach nur aus einer Reihe
von Haltezähnen, die an einer Seitenfläche des
Anschlagteils gebildet sind und sich beim Kontakt mit einer Längsfläche
der Innenwand des Teils des Gehäuses oder des Hilfsgehäuses,
in dem dieses Anschlagteil untergebracht ist, verschieben, und aus
einer Reihe von komplementären Zähnen, die an
der Längsfläche dieser Innenwand gebildet sind,
wobei eine Rückkehrsperrwirkung besteht.
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Auf
diese Weise wird jeder Verschleiß des Andruckteils und/oder
des Eingriffs zwischen Ritzel und Zahnstange automatisch durch eine
entsprechende Verschiebung der Vorrichtung und im Spezielleren des
Anschlagteils ausgeglichen, das sich in eine Reihe von fest mit
dem Gehäuse verbundenen Rückkehrsperrzähnen
einhakt. Zusätzlich zum Ausgleich des Verschleißes
ermöglicht es ein solches selbsttätiges Kompensationssystem,
die anfänglichen Montagefehler abzufangen.
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Im
Spezielleren macht das hier vorgesehene System einen anfänglichen
Einstellvorgang unnötig, der für gewöhnlich
beim Zusammenbau der Lenkung durchgeführt wird, und zwar
die Einstellung des Rückhubs des Kolbens mittels der Einstellschraube. Die
erst einmal vormontierte Vorrichtung umfasst eine mechanische Verbindung
mit konstantem Spiel zwischen dem Andruckteil und dem Anschlagteil,
wobei diese Verbindung, die einerseits eine relative Verschiebung
zwischen diesen Teilen zulässt, es ermöglicht,
die Eingriffsfehler zwischen dem Ritzel und der Zahnstange auszugleichen,
und andererseits es dem Andruckteil ermöglicht, das Anschlagteil
zu ”ziehen”, wenn seine Verschiebung die durch
das vorgenannte konstante Spiel zugelassene Verschiebung überschreitet
und ein Inkrement des Kompensationssystems, d. h. die ”Teilung” erreicht,
die zwei aufeinanderfolgende Haltezähne trennt.
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Ingesamt
besitzt die erfindungsgegenständliche Andruckleitung mit
Winkelrückstellung die folgenden Vorteile:
- – die Andruckleitung hat einen kompakten Aufbau und
liegt am Lenkgehäuse an.
- – Diese Andruckleitung ermöglicht es nicht
nur, den Verschleiß wettzumachen, sondern auch, die Montagefehler
aufzufangen.
- – Die Andruckleitung ist selbsteinstellbar, was jede
Einstellung nach einer Montage unnötig macht und den Wegfall
der gewöhnlichen Einstellschraube ermöglicht.
- – Da das Spiel des Andruckteils in Bezug auf das Anschlagteil
konstant bleibt, ist die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens von
Geräuschen vernachlässigbar.
- – Auch das Biegemoment im Bereich der Eingriffs des
Ritzels und der Zahnstange bleibt konstant.
- – Der Aufbau des Ritzelstrangs ist einfach, und die
Bestandteile dieses Strangs können aus Kunststoff hergestellt
werden, wodurch sich geringe Fabrikationskosten ergeben.
- – Das Konzept einer Andruckleitung mit Winkelrückstellung
ermöglicht es, das Lenkgehäuse für eine
Montage der Andruckleitung entlang einer zur Mittelachse der Zahnstange
parallelen Richtung, anders ausgedrückt, auf der Seite
eines Lenkungsbalgs anzupassen, was auch die Montage der Lenkung
erleichtern kann.
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Die
Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die
beigefügte Schemazeichnung besser verständlich,
die beispielhaft eine Ausführungsform dieser Andruckleitung
für eine Kraftfahrzeugzahnstangenlenkung darstellt:
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1 ist
eine Teilansicht im Längsschnitt einer Zahnstangenlenkung,
die mit einer Andruckleitung mit Rückstellwinkel nach der
vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;
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2 ist
eine Ansicht im Querschnitt dieser Zahnstangenlenkung entlang II-II
von 1;
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3 ist
eine Ansicht im Längsschnitt der Andruckleitung allein
entlang III-III von 1;
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4 stellt
das Detail A von 3 im vergrößerten
Maßstab dar.
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Zunächst
umfasst mit Bezug auf die 1 und 2 eine
Kraftfahrzeugzahnstangenlenkung ein Lenkritzel 2, das mit
einer (nicht gezeigten) Lenksäule drehfest ist und mit
einer Zahnstange 3 kämmt, die mit einer Verzahnung 4 versehen
ist. Die Zahnstange 3 ist gleitbeweglich entlang der Richtung
ihrer Längsachse 5 im Inneren eines allgemein
rohrförmig gestalteten Lenkgehäuses 6 angebracht.
Die Zahnstange 3 ist an jedem Ende des Gehäuses 6 in
einem Lager 7 mit ringförmigen Querschnitt translatorisch geführt,
wobei eine (hier nicht zu sehende) Lenkpleuelstange mit jedem Ende
der Zahnstange gekoppelt ist. An jedem Ende des Gehäuses 6 ist
auch ein Lenkungsbalg 8 befestigt, der das entsprechende
Ende der Zahnstange 3 sowie auch einen Teil der entsprechenden
Pleuelstange abdeckt.
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Der
Teil der Zahnstange 3, der ihrer Verzahnung 4 diametral
entgegengesetzt ist, besitzt eine abgerundetes Profil (siehe insbesondere 2)
und wird als ”Rückseite” 9 der
Zahnstange 3 bezeichnet.
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Die
betreffende Zahnstangenlenkung ist mit einer ”Andruckleitung” ausgestattet,
die in ihrer Gesamtheit mit der Bezugszahl 10 versehen
ist, und deren Aufgabe es ist, auf der dem Lenkritzel 2 gegenüberliegenden
Seite einen Druck auf die Rückseite 9 der Zahnstange 3 auszuüben,
um die Zahnstange 3 in Eingriffskontakt mit dem Ritzel 2 zu
halten.
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Die
Bestandteile der Andruckleitung 10 sind im Inneren eines
Hilfsgehäuses 11 untergebracht, das in einer entsprechenden Öffnung
des Lenkgehäuses 6 eingelassen ist. Diese Bestandteile
umfassen vor allem ein eigentliches Andruckteil 12, eine Feder 13 und
ein Anschlagteil 14, das zwischen der Feder 13 und
dem Andruckteil 12 angebracht ist.
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Das
eigentliche Andruckteil 12 besitzt ein ”T”-Profil
(siehe 1), wobei sein verbreiterter Teil ein konkaves
Profil aufweist, das komplementär zum konvexen abgerundeten
Profil der Rückseite 9 der Zahnstange 3 ist.
Die beiden entgegengesetzten Arme des verbreiterten Teils des Andruckteils 12 sind jeweils
hinten, d. h. der Zahnstange 3 entgegengesetzt, durch zwei
schräge Flächen 15 und 16 mit
umgekehrten, also zueinander symmetrischen Neigungen begrenzt.
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Die
Feder 13 ist eine Schraubendruckfeder, deren Achse 17 sich
parallel zur Längsachse 5 der Zahnstange 3 erstreckt.
Ein erstes Ende der Feder 13 kommt an einem Verschlussteil 18 in
Anlage, welches das Hilfsgehäuse 11 verschließt.
Das andere Ende der Feder 13 kommt mittels eines kurzen,
mit Ansatz versehenen Schafts 19 am Anschlagteil 14 in Anlage.
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Wie
insbesondere aus 3 hervorgeht, ist das Anschlagteil 14 translationsbeweglich
in der Richtung der Achse 17 der Feder 13 (also
parallel zur Längsachse 5 der Zahnstange 3)
im Inneren des Hilfsgehäuses 11 angebracht. Das
Anschlagteil 14 weist eine schräge Fläche 20 auf,
deren Neigung gleich derjenigen der schrägen Fläche 15 des
Andruckteils 12 ist, und die mit dieser schrägen
Fläche 15 in Kontakt kommt.
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Die
andere schräge Fläche 16 des Andruckteils 12 kommt
mit einer entsprechend geneigten schrägen Innenfläche 21 in
Kontakt, die zum Hilfsgehäuse 11 gehört.
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Das
Anschlagteil 14 umfasst eine Bohrung 22, die mit
einem radialen Spiel von dem mit Ansatz versehenen Schaft 19 durchquert
ist. Das von der Feder 13 ferne Ende dieses mit Ansatz
versehenen Schafts 19 ist in ein Gewinde 23 eingeschraubt,
das an der Basis des Andruckteils 12 vorgesehen ist.
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Wie 4 zeigt,
weist schließlich das Anschlagteil 14 an einer
seiner Seitenflächen noch eine Reihe von Haltezähnen 24 auf,
die mit einer sehr kurzen Teilung in der Längsrichtung
aufeinander folgen. Die Haltezähne 24 des Anschlagteils 14 sind
dazu vorgesehen, mit einer Reihe von komplementären Zähnen 25 mit
derselben Teilung zusammenzuwirken, die an einer Längsfläche 26 (siehe
auch 3) der Innenwand des Hilfsgehäuses 11 ausgebildet sind.
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Auf
diese Weise besitzt das Andruckteil 12 eine Beweglichkeit
in der zur Längsachse 5 der Zahnstange 3 senkrechten
Richtung. Der Schub, der durch die Feder 13 auf das Teil 14 ausgeübt
wird, zielt darauf ab, dieses Teil 14 (mit Bezug auf die Zeichnung)
nach rechts zu verschieben. Durch die Wirkung der verschiedenen
geneigten Fläche 15, 16, 20 und 21 wird
die Verschiebung des Anschlagteils 14 in eine zur Rückseite 9 der
Zahnstange 3 hin gerichtete Verschiebungskomponente des
Andruckteils 14 so umgesetzt, dass die Verzahnung 4 der
Zahnstange 3 am Ritzel 2 anliegt.
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Im
Spezielleren stellt die Andruckleitung 10 am Anfang eine
automatische Einstellung sicher, und stellt im Verlauf der Lebensdauer
der Lenkung durch die kombinierte Wirkung der Feder 13 und
des Einhakens der Zähne 24 des Anschlagteils 14 an
den Zähnen 25 der Innenseite 26 des Hilfsgehäuses 11 auch eine
selbsttätige Kompensation des Verschleißes des
Ritzels 2, der Zahnstange 3 und des Andruckteils 12 sicher,
wobei das Profil dieser Zähne 24 und 25 eine
Rückkehrsperrwirkung sicherstellt.
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Wenn,
noch genauer ausgedrückt, der Ritzelstrang 10 eine
Verbindung mit konstantem Spiel E zwischen dem Andruckteil 12 und
dem Anschlagteil 14 umfasst, lässt die Vorrichtung
einerseits eine relative Verschiebung des Andruckteils 12 und
des Anschlagteils 14 zu, um die Eingriffsfehler zwischen dem
Ritzel 2 und der Zahnstange 3 auszugleichen, und
andererseits kann das Andruckteil 12 das Anschlagteil 14 ”ziehen”,
wenn die Verschiebung des Letztgenannten diejenige überschreitet,
die durch das Spiel E zugelassen wird und die Teilung der Zähne 24 und 25 erreicht.
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Die
vorstehend beschriebene Andruckleitung 10 mit Winkelrückstellung
lässt sich auf jede Kraftfahrzeugzahnstangenlenkung anwenden,
ob es sich nun um eine manuelle Lenkung oder eine Servolenkung handelt,
und die hydraulisch, elektrisch oder anders geartet ist.
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Man
würde den Rahmen der Erfindung nicht verlassen:
- – wenn die Detailformen der Bestandteile
des Ritzelstrangs 10, insbesondere des Andruckteils 12 und
des Anschlagteils 14 modifiziert und diese Bestandteile
aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt wären;
- – wenn die Schraubenfeder 13 durch irgendwelche
elastischen Einrichtungen wie Federscheiben oder einen Klotz aus
Elastomer ersetzt würden;
- – wenn der Ritzelstrang 10 nicht im Inneren
eines Hilfsgehäuses 11, sondern im Inneren eines
angepasst geformten Teils untergebracht wäre, das direkt
am Lenkgehäuse 6 ausgebildet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0758605 [0003]
- - EP 0860345 [0003]
- - FR 2663284 [0003]