DE19854080A1

DE19854080A1 - Zahnstangenlenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE19854080A1
Application number: DE1998154080
Authority: DE
Inventors: Rolf Fasbender
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1998-11-24
Filing date: 1998-11-24
Publication date: 2000-05-25

Abstract

In einer Zahnstangenlenkung, die insbesondere für Kraftfahrzeuge vorgesehen ist, steht ein in einem Lenkgehäuse (1) gelagertes Ritzel (2) in Eingriff mit einer Zahnstange (6). Zwei mit zu lenkenden Fahrzeugrädern (6, 7) verbundene Spurstangen (8, 9) sind über mit Spurstangengelenken (10, 11) versehene Gelenkbolzen (5) an der Zahnstange (3) befestigt. Dabei sind die Gelenkbolzen (5) durch wenigstens einen Längsschlitz (12, 13) des Lenkgehäuses (1) nach außen geführt. Die Zahnstange (3) ist im Bereich der Spurstangengelenke (10, 11) durch Wälzlager (14, 15; 21, 22) in dem Lenkgehäuse (1) geführt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkung, insbe sondere für Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des An spruchs 1. Bei einer derartigen Hilfskraftlenkung ist in einem Lenkgehäuse ein Ritzel drehbar gelagert. Eine Zahn stange ist in dem Lenkgehäuse axial verschiebbar geführt und wird durch ein federbelastetes Druckstück in Eingriff mit dem Ritzel gehalten. Zwei mit zu lenkenden Fahrzeugrä dern verbundene Spurstangen sind über mit Spurstangengelen ken versehene Gelenkbolzen an der Zahnstange befestigt, wobei die Gelenkbolzen durch wenigstens einen Längsschlitz des Lenkgehäuses nach außen geführt sind.

Eine derartige Zahnstangenlenkung ist bekannt aus der DE-C3-14 55 974. Eine derartige Zahnstangenlenkung wird durch eine hydraulische Hilfskraft unterstützt. Soll die hydraulische Hilfskraft durch eine elektrische Hilfskraft ersetzt werden, so ergeben sich folgende Nachteile: Bei heutigen Personenkraftwagen ist das elektrische Bordnetz so dimensioniert, daß der Spitzenbedarf einer elektrischen Hilfskraftlenkung nur mit Einschränkungen gedeckt werden kann. Die maximale Lenkleistung ist gegenüber einer her kömmlichen hydraulischen Hilfskraftlenkung mit einer motor getriebenen Servopumpe eingeschränkt. Daraus ergeben sich Nachteile bezüglich des Lenkkomforts.

Die Leistungsdichte eines elektrischen Antriebs ist deutlich geringer als die eines hydraulischen Antriebes. Deshalb erfordert ein Elektromotor deutlich mehr Bauraum als z. B. der Zylinder einer hydraulischen Lenkung. Daraus ergeben sich Nachteile bezüglich der Einbauverhältnisse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Zahnstangenlenkung derart zu verbessern, daß der Leistungs bedarf zur Betätigung des eigentlichen Lenkgetriebes ver ringert wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekenn zeichnete Zahnstangenlenkung gelöst. Zweckmäßige und vor teilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird die Zahnstangenlenkung dadurch verbessert, daß die Zahnstange im Bereich der Spurstangen gelenke durch Wälzlager in dem Lenkgehäuse geführt ist. Durch diese Maßnahme wird an einer Stelle des Lenkgetrie bes, an der über die Spurstangengelenke sehr hohe Spurstan genkräfte in die Zahnstange eingeleitet werden, die Gleit reibung weitestgehend in eine Rollreibung umgewandelt. Da durch wird in diesem Bereich der Wirkungsgrad stark verbes sert, so daß auch ein kleinerer Servomotor eine ausreichen de Hilfskraftunterstützung bringen kann.

Die Lagerung erfolgt zweckmäßigerweise durch Wälzlager in zwei Ebenen, die senkrecht zueinander und zu der Längs achse der Zahnstange liegen. Dabei laufen die Außenringe der Wälzlager auf Laufbahnen, die in dem Lenkgehäuse paral lel zu der Längsachse der Zahnstange angeordnet sind. Jedem Wälzlager sind zwei Laufbahnen zugeordnet, deren Abstand geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Außen ringes des zugeordneten Wälzlagers. Dadurch wird sicherge stellt, daß jedes Wälzlager immer nur an einer Laufbahn stellt, daß jedes Wälzlager immer nur an einer Laufbahn anliegen kann, so daß eine eindeutige Abrollbewegung der Wälzlager möglich ist.

Werden die Gelenkbolzen der Spurstangengelenke im Be reich der Wälzlager senkrecht zu der Längsachse der Zahn stange angeordnet, so ergeben sich besonders günstige Kräf teverhältnisse. Die Angriffsstellen der Spurstangenkräfte können dadurch weiter verbessert werden, daß die Gelenkbol zen im Bereich der Wälzlager einander gegenüberliegend an der Zahnstange angeordnet sind.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Zahnstangenlenkung erfolgt die Lagerung durch zwei Wälzlager, deren Achsen parallel zueinander in dem Lenkgehäuse festgelegt sind und deren Außenringe in einem Radialschnitt einen im wesentli chen kegeligen Querschnitt aufweisen. Die Zahnstange weist dann zwei in Längsrichtung angeordnete V-förmige Nuten auf. Die Achsen dieser Wälzlager sind zweckmäßigerweise parallel zu einer gemeinsamen Achse der einander gegenüberliegend an der Zahnstange angeordneten Spurstangengelenke angeordnet. Der Vorteil dieser Anordnung ist, daß nur zwei Lager benö tigt werden und die Längsführung in der V-förmigen Nut, in der die beiden Wälzlager laufen, leicht mit der erforderli chen Oberflächenhärte versehen werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand dreier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher er läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemä ße Zahnstangenlenkung in schematischer Dar stellung nach einem ersten Ausführungsbei spiel;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemä ße Zahnstangenlenkung in schematischer Dar gestellung nach einem zweiten Ausführungs beispiel;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemä ße Zahnstangenlenkung in genauerer Dar stellung nach dem zweiten Ausführungsbei spiel;

Fig. 4 einen Teillängsschnitt durch die Zahnstan genlenkung der Fig. 3 im Bereich der Spur stangengelenke;

Fig. 5 einen Teilquerschnitt durch die Zahnstangen lenkung nach der Linie V-V in Fig. 4 und

Fig. 6 einen Teilquerschnitt durch die Zahnstangen lenkung im Bereich der Spurstangengelenke nach einem dritten Ausführungsbeispiel.

In einem Lenkgehäuse 1 ist ein Ritzel 2 drehbar gela gert. Das Ritzel 2 steht über seine Verzahnung in Eingriff mit einer Zahnstange 3, die in dem Lenkgehäuse 1 axial ver schiebbar geführt ist. Die Zahnstange 3 wird mit Hilfe ei nes federbelasteten Druckstückes 4 in bekannter Weise gegen die Verzahnung des Ritzels 2 gedrückt.

An ihrem freien, ihrer Verzahnung abgewandten Ende der Zahnstange 3 befindet sich wenigstens ein Gelenkbolzen 5, an dem für jedes zu lenkende Fahrzeugrad 6, 7 eine Spur stange 8 bzw. 9 über ein Spurstangengelenk 10 bzw. 11 befe stigt ist.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein gemein sames Spurstangengelenk 10 für beide Spurstangen 8 und 9 vorgesehen. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind dafür zwei Spurstangengelenke 10 und 11 vorgesehen. Aus der Darstellung der Fig. 3 wird deutlich, daß die beiden Ge lenkbolzen 5 durch Längsschlitze 12 bzw. 13 aus dem Inneren des Lenkgehäuses 1 nach außen geführt sind.

Im Bereich der Spurstangengelenke 10 und 11 ist die Zahnstange 3 durch Wälzlager 14 und 15 in dem Lenkgehäuse 1 geführt. In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 bis 5 ist das Wälzlager 14 zweimal vorhanden, und zwar auf jeder Seite der Zahnstange 3. Die Achse der Wälzlager 14 und die Achse des Wälzlagers 15 liegen in Ebenen, die senkrecht zueinander und senkrecht zu der Längsachse der Zahnstange 3 stehen. Das Wälzlager 15 ist auf einem Bolzen 16 in einem Schlitz 17 eines verdickten Endes 18 der Zahnstange 3 gela gert.

Die Außenringe der Wälzlager 14 und 15 laufen auf Laufbahnen 19 bzw. 20, die in dem Lenkgehäuse 1 parallel zu der Längsachse der Zahnstange 3 angeordnet sind. Dabei sind jedem Wälzlager 14 bzw. 15 zwei Laufbahnen 19 bzw. 20 zuge ordnet. Der Abstand der zugeordneten Laufbahnen ist gering fügig größer als der Außendurchmesser des Außenringes des zugeordneten Wälzlagers. Dadurch wird sichergestellt, daß jedes Lager nur auf einer Laufbahn abwälzt.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 entfallen die Laufbahnen in dem Lenkgehäuse 1. Bei diesem Ausführungsbei spiel sind zwei Wälzlager 21 und 22 in dem Lenkgehäuse 1 gelagert. Ihre Achsen liegen parallel zueinander. Ihre Au ßenringe weisen in einem Radialschnitt einen im wesentli chen kegeligen Querschnitt auf. Mit dieser besonderen Form greifen die Außenringe der Wälzlager 21 und 22 in V-förmige Längsnuten 23 bis 24.

Bezugszeichen

1

Lenkgehäuse

2

Ritzel

3

Zahnstange

4

Druckstück

5

Gelenkbolzen

6

Fahrzeugrad

7

Fahrzeugrad

8

Spurstange

9

Spurstange

10

Spurstangengelenk

11

Spurstangengelenk

12

Längsschlitz

13

Längsschlitz

14

Wälzlager

15

Wälzlager

16

Bolzen

17

Schlitz

18

verdicktes Ende von

3

19

Laufbahn

20

Laufbahn

21

Wälzlager

22

Wälzlager

23

Längsnut

24

Längsnut

Claims

1. Zahnstangenlenkung, insbesondere für Kraftfahrzeu ge, mit folgenden Merkmalen:

- in einem Lenkgehäuse (1) ist ein Ritzel (2) drehbar gelagert,
- eine in dem Lenkgehäuse (1) axial verschiebbar geführ te Zahnstange (3) wird durch ein federbelastetes Druckstück (4) in Eingriff mit dem Ritzel (2) gehal ten,
- zwei mit zu lenkenden Fahrzeugrädern (6, 7) verbundene Spurstangen (8, 9) sind über mit Spurstangengelen ken (10, 11) versehene Gelenkbolzen (5) an der Zahn stange (3) befestigt, wobei die Gelenkbolzen (5) durch wenigstens einen Längsschlitz (12, 13) des Lenkgehäu ses (1) nach außen geführt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstan ge (3) im Bereich der Spurstangengelenke (10,11) durch Wälzlager (14, 15; 21, 22) in dem Lenkgehäuse (1) geführt ist.

2. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Lagerung durch die Wälzlager (14, 15; 21, 22) in zwei Ebenen erfolgt, die senkrecht zueinander und zu der Längsachse der Zahnstan ge (3) liegen.

3. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß Außenringe der Wälzla ger (14, 15) auf Laufbahnen (19, 20) laufen, die in dem Lenkgehäuse (1) parallel zu der Längsachse der Zahnstan ge (3) angeordnet sind.

4. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß jedem Wälzlager (14, 15) zwei Laufbahnen (19, 20) zugeordnet sind, deren Abstand geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Außen ringes des zugeordneten Wälzlagers (14, 15).

5. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkbolzen (5) im Bereich der Wälzlager (14, 15; 21, 22) senkrecht zu der Längsachse der Zahnstange (3) angeordnet sind.

6. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Gelenkbolzen (5) im Bereich der Wälzlager (14, 15; 21, 22) einander gegenüber liegend an der Zahnstange (3) angeordnet sind.

7. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Lagerung durch zwei Wälzlager (21, 22) erfolgt, deren Achsen parallel zu einan der in dem Lenkgehäuse (1) festgelegt sind und deren Außen ringe in einem Radialschnitt einen im wesentlichen kegel förmigen Querschnitt aufweisen und daß die Außenringe in Längsnuten (23, 24) der Zahnstange (3) eingreifen.

8. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Achsen der Wälzla ger (21, 22) parallel zu einer gemeinsamen Achse der einan der gegenüberliegend an der Zahnstange (3) angeordneten Spurstangengelenke (10, 11) angeordnet sind.