DE2345373A1 - Lenkgetriebe fuer kraftfahrzeuge - Google Patents
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Description
¥/vh-2979 * 6. Sep. 1973
General Motors Corporation, Detroit, Mich., V.St.A.
Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenkgetriebe
für Kraftfahrzeuge mit einem Zahnstangentrieb.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge so auszugestalten,
dass eine genaue Ausrichtung zum Erzielen eines einwandfreien Eingriffs des Zahnstangentriebs bei wirtschaftlicher Fertigung
erzielt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Gehäuse zur Aufnahme des Ritzels des Zahnstangentriebs
mit einer Querbohrung und einer Längsbohrung in letzterer ein Führungsrohr für die Zahnstange aufnimmt, dessen
Äussendurchmesser auf den Bohrungsdurchmesser so- abgestimmt ist,
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dass eine begrenzte Einstellbewegung zwischen beiden Teilen in radialer Richtung und geneigt zur Bohrungsachse ermöglicht
ist, und dass in dem Gehäuse und dem Führungsrohr in Verbindung miteinander stehende Kanäle gebildet sind, in die nach dem
Ausrichten des Zahnstangentriebs unter Beibehaltung der Lage der Teile zueinander Kunststoff eingespritzt ist, der die Teile
in ihrer Lage zueinander festlegt. Durch die vorgesehene begrenzte
Einstellbewegung wird nicht nur der einwandfreie Eingriff der Zähne des Zahnstangentriebs ermöglicht, sondern auch
ein gleichmässiger Verstellweg der Zahnstange beiderseits einer Mittellage erleichtert. Ferner ist es möglich, die Vorspannung
des Zahneingriffs durch die radiale Einstellbewegung einzustellen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In den Zeichnungen zeigen ;
Fig. 1 eine zum Teil aufgebrochene Seitenansicht eines
Lenkgetriebes für Kraftfahrzeuge, : :·:«.; iax
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1~±ή
Richtung der Pfeile gesehen, Fig. 3 eine Seitenansicht einer weiteren
form einer Hilfskraftlenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge, und
-3-
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Fig. 4 einen vergrösserten Teilschnitt nach der
Linie 4-4 in Fig. 3.in Richtung der Pfeile gesehen.
In den Fig. 1 und 2 ist ein handbetätigtes Lenkgetriebe 10 mit Hahnstangentrieb dargestellt. Dieses Lenkgetriebe
10 weist ein Gehäuse 12 zur Aufnahme des Ritzels des Zahnstangeatriebes
auf, das verhältnismäs sig kurz ist und als Schmiedeoder Gussteil ausgebildet ist. Das Gehäuse 12 enthält eine Längs*
bohrung 14 und eine senkrecht zu dieser stehende Querbohrung 16, deren Achse Abstand von der Achse der Längsbohrung 14 hat, so
dass sich ein vorspringender Teil 18 des Gehäuses 12 ergibt. Das Gehäuse 12 weist ferner Ansätze 20 auf, die zur Aufnahme
von Schraubbolzen bearbeitet werden können, um das Gehäuse beispielsweise am Fahrzeugrahmen zu befestigen.
Durch die Längsbohrung 14 des Gehäuses 12 erstreckt sich ein Führungsrohr 22 für die Zahnstange, wobei der Durchmesser
der Längsbohrung 14 des Gehäuses etwas grosser als der Aussendurchmesser des Führungsrohres 22 ist. Wie Fig. 2 zeigt,
ist in, der Wandung des Führungsrohres 22 im Bereich der Querbohrung 16 des Gehäuses 12 eine Aussparung 24 vorgesehen, in
deren Bereich das Ritzel des Zahnstangentriebs liegt. In dem Führungsrohr 22 ist verhältnismässig frei verschieblich eine
Zahnstange 26 angeordnet, an der schraubenförmige Zähne 28
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I gebildet sind. An beiden Enden des FUhrungsrohres 22 sind Büchsen
j 30 bzw·32 angeordnet, in denen die Zahnstange im wesentlichen
reibunplos gleitet. Diese Büchsen bestehen aus einem harten
polymeren Kunststoff,vorzugsweise mit Polytetrafluoräthylen
getränktes Acetalkunstharz. Die Büchsen weisen einen zurückge-1
bogenen ringförmigen Mantel auf, der über eine Verzahnung 34 ; an den Enden des FUhrungsrohres 22 schnappt, wobei an der Innenfläche
des Mantels der Büchsen eine entsprechende Verzahnung gebildet ist. Die Büchsen 30 bzw. 32 sind an ihrer aussenliegen-
; den Seite von Ringen 36 umgeben, die aus widerstandsfähigem
Kunststoff bestehen und beispielsweise mit Preßsitz über die
Enden der Büchsen 30 und 32 gedrückt sind.
Innerhalb der Querbohrung 16 des Gehäuses 12 liegt ' eine Ritzeleinheit 38, die aus einem Ritzel 40 mit schraubenförmigen
Zähnen 42 besteht, die mit den Zähnen 28 der Zahnstange 26 kämmen. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform
sind an den Stirnseiten des Ritzels im Durchmesser abgesetzte Achszapfen gebildet, die in Büchsen 44 gelagert sind. Die Buchsen
44 sind in erweiterten Bohrungsteilen 46 in dem vorstehenden Teil 18 des Qfehäuses 12 gelagert und bestehen aus einem harten
polymeren Kunststoff} der am einen Ende aus der Querbohrung austretende Achsstummel trägt am Ende eine Kerbverzahnung 48,
mit der eine Lenkwelle o.dgl. in bekannter Weise verbunden ist.
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ι -5-
\ Die benachbarte Büchse 44 wird durch einen Sprengring 50 gegen '
eine Schulter im Bereich des Bohrungsteils 46 des vorstehenden
; Teils 18 des Gehäuses 12 gehalten. Neben der anderen Büchse 44
sind zwei Scheiben 52 aus gehärtetem Stahl auf den Achsstummel
aufgesetzt, die zwischen dem Ritzel 40 und der Büchse 44 liegen.
ι Das Ende dieses Achsstummeis trägt ein Gewinde 54» auf das eine
j Schraubkappe 56 aufgeschraubt ist, die mit einem Bund gegen eine
weitere gehärtete Scheibe 60 auf der anderen Seite der zugeordneten
Büchse 44 anliegt. Durch Einstellung der Kappe 56 wird eine Vorspannung gegen die Büchse zum Ausdrücken axialen Spiels
eingestellt. Ein Stift 61 wird in ausgerichtete Löcher der Kappe und des Achsstummeis eingeführt, um die Einstellung fest- j
zulegen. Die Büchse 44 ihrerseits liegt gegen eine Ringschulter I
62 des vorstehenden Teils 18 des Gehäuses im Bereich des erweiterten
Bohrungsteils 46 an und ist dem Druck einer Haltebüchse
64 ausgesetzt, deren anderes Ende sich gegen einen Deckel
66 abstutzt. Der Deckel 66 verschlisset die Querbohrung 16 und ist über einen Flansch 68 mit dem vorstehenden Teil 18 des
Gehäuses 12 verschraubt.
Eine Vorspannungsfeder 70 in Form einer Blattfeder
liegt in einer Rinne 72 des vorstehenden Teils 18 des Gehäuses und stützt sich mit ihren beiden Enden an den Büchsen 44 ab ;
(Fig. 1). Wie Fig. 2 zeigt, ist die Vorspannungsfeder 70 konvex j ausgebogen, so dass sie mit ihrer Mitte fest gegen das Gehäusel2|
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anliegt, wobei eine Änderung der Durchbiegung vorgesehen ist,
um eine radiale Verlagerung der Büchsen 44 in dem grosser bemessenen
Bohrungsteilen 46 zu gestatten. Dies erfolgt durch eine senkrechte Verlagerung in P£g. 2 des im Eingriff befindlichen
Zahnstangentriebes zusammen mit dem Führungsrohr 22 in der Längsbohrung 14 des Gehäuses, bis eine ausreichende radiale
Vorspannung zwischen den Zähnen 28 der Zahnstange und den Zähnen 42 des Ritzels 40 erzielt ist.
Um diese: vertikale Verlagerung zu ermöglichen, ist die Längsbohrung 14 des Gehäuses 12 im Durchmesser grosser als
der Aussendurchmesser des Führungsrohres 22. Die vorgesehene Differenz wird so gewählt, dass eine erforderliche radiale Ver-
!lagerung zur Einstellungen s Vorspannungsdruckes der Vorspannungsfeder
70 und damit der Vorspannung zwischen den Zähnen 28 und ;42 erzielbar ist und weiterhin eine ausreichende Schwenkbewe ung
um eine genaue Ausrichtung der Flanken der Zähne 28 und 42 zu ermöglichen. Die erfindungsgemässe Ausbildung, bei der die Vorspannung
durch eine radiale Verlagerung der Zahnstange bewirkt !wird, ersetzt wesentlich kostspieligere und verwickeitere Ver-
fahren zum Erzielen dieser Vorspannung, die beispielsweise durch
!einstellbare Schraubbolzen zwischen Zahnstange und Zahnstangengehäuse
gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Federn er-I
!zielbar ist. Die schwenkbare Einstellung ist in Fig I erläutert,
wobei die Achse der Längsbohrung 14 des Gehäuses 12 mit
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A bezeichnet ist und mit einer geringen Winkelabweichung die ί
Achse der Zahnstange 26 mit B. Um einen einwandfreien Eingriff
der Flanken der schraubenförmigen Zähne 42 und 28 zu erhalten, ist eine Übereinstimmung der Achsen A und b notwendig, und eine
derartige Ausrichtung ist in der Praxis häufig erforderlich, um Abweichungen im Winkel und der Schraubenneigung der Zähne
auszugleichen, wenn Ritzel und Zahnstange als eigene Werkstücke , auf verschiedenen Maschinen bearbeitet werden. Diese Abwei- I
chungen werden in einfacher Weise durch schiefwinkliges Schwen- ι
ken zwischen den Symmetrieebenen des Führungsrohres 22 und der Zahnstange 26 um den Winkel β in Fig. 1.
Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt der Aussendurchmesser des Führungsrohres 22 31,75 mm und das gesamte
Spiel zur Längsbohrung 14 des Gehäuses 12 1,12 mm, wo- >
durch die erforderliche radiale Einstellung und die erforderliche Schwenkbewegung ermöglicht ist. Das Ausmass der radialen
Ein stellung hängt von der Federrate der Feder 70 und von dem
zu erwartenden Abrieb zwischen den Zähnen des Zahnstangentrie- ,
bes und der Büchsen 30 und 32 für eine gegebene Betriebszeit ab.
Nachdem die gewünschten Einstellungen gemacht sind, werden das Gehäuse 12 und das Führungsrohr 22 durch Einspritzen
von Kunststoff an Ort und Stelle in ihrer Lage zueinander fest- |
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gelegt. Wie Fig. 2 zeigt, enthält das Gehäuse 12 nahe den Enden
der Längsbohrung 14 Kränze von im Umfang mit Abstand voneinander liegenden radialen Öffnungen 74, die in eine Ringnut 76 münden,
die zur Längsbohrung 14 offen ist. Den Ring-nuten 76 gegenüberliegend
sind entsprechende Ringnuten 78 in der Aussenfläche des Führungsrohres 22 gebildet, so dass die Ringnuten 76 und 78
ringförmige Räume rings um das Führungsrohr 22 bilden in die ein unter Druck einspritzbarer und härtbarer polymerer Kunststoff
80, beispielsweise ein Polyamidharz, eingespritzt werden
kann. Nach dem Aushärten des Kunstharzes bildet dieses die Teile miteinander verbindende Ringe. Diese Art der Verbindung
und der Festlegung der Bauteile zueinander stellt eine äusserst wirtschaftliche und zufriedenstellende Arbeitsweise dar, um
die einmal vorgenommene Einstellung für lange Z-eit auch bei harten Betriebsbeanspruchungen aufrecht zu erhalten. Infolge
des Spaltes zwischen dem Führungsrohr 22 und dem Gehäuse 12 kann der unter Druck eingespritzte Brennstoff auch in diese
Räume eintreten, wodurch die Festlegung der beiden Teile zueinander
unterstützt wird. Der Strom des Kunststoffes wird beim Einspritzen auf die äusseren Teile der Längsbohrung 16 durch
Dichtungsringe 82 begrenzt (Fig. 2). Das Einspritzen des Kunststoffes
80 wird vorgenommen, während die zueinander ausgerichteten Teile in einer Halterung zusammengehdten werden, und zwar
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solange, bis der Kunststoff ausgehärtet hat.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Ausgestaltung
besteht darin, dass eine axiale Einstellung des FUhrungsrohres 22 innerhalb des Gehäuses 12 möglich ist. Nach
dem Zusammenbau der einzelnen Teile kann es vor dem Einspritzen des Kunststoffes notwendig sein, eine Feineinstellung des
Führungsrohres 22 zur Achse des Ritzels vorzunehmen, damit die Zahnstange gleiche Verstellwege beiderseits einer Mittelstellung
bis zu den Ringen 36 ausführt. Die Weite der Ringnuten 76 und
78 gestattet derartige geringe Einstellbewegungen, da nur ein Teil der Nuten ausser Überlappung gelangen, so dass ein ausreichender
Querschnitt für die zu bildenden Halteringe erhalten bleibt, so dass Gefahren des Bruchs der Halteringe nicht bestehen.
.
Die letztere Bedingung gleicher Verstellwege der Zahnstange wird verständlich, wenn nachstehend ein besonderer
Montagevorgang beschrieben wird. Es wird hierbei zunächst das Führungsrohr 22 in die Längsbohrung 14 eingesetzt. Danach wird
die Zahnstange 26 in das Führungsrohr 22 eingeführt und die Zahnstange mit dem Führungsrohr in Längsrichtung zum Gehäuse
ausgerichtet, so dass die Ringnuten 76 und 78 radial ausgerichtet sind, worauf die Zahnstange innerhalb des Führungsrohres eingestellt
wird, damit sich gleiche Wege bis zu den Anschlagringen
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36 ergeben. Hierbei ist zunächst eine grobe Einstellung zulässig.
Es wird dann die Ritze&einheit 38 in die Querbohrung 16 des
Gehäuses eingesetzt, wobei auch die Vorspannungsfeder 70 und die Schraubkappe 56 des Sprengringes 50 und der Deckel 66 an
Ort und Stelle gebracht werden. Die Achse des Ritzels wird in einer solchen Winkelstellung eingesetzt, dass das mit der Kerbverzahnung 48 versehene Ende in senkrechter Lage ist. Die bereits
beschriebene radiale Einstellung und Schwenkbewegung des Führungsrohres 22 wird dann vorgenommen, um einen genauen Eingriff
der Zähne des Zahnstangentriebes und eine vorgegebene Vorspannung der Vorspannungsfeder 70 einzustellen. Es kann dann
eine endgültige Überprüfung bezüglich des Stellweges der Zahnstange
beiderseits der grob eingestellten Mittelstellung vorgenommen werden und bei Feststellen von Unstimmigkeiten die feine
Einstellung durch eine geringe axiale Verlagerung des Führung <?-
rohres 22 mit den Anschlagringen 56 vorgenommen werden, wobei eine ausreichende Überschneidung der Ringnuten 76 und 78 beibehalten
wird. Danach erfolgt das Festlegen der zueinander ausgerichteten Bauteile durch den eingespritzten Kunststoff 80. Wie
Fig. 2 zeigt, ist die Aussparung 24 etwas grosser gewählt, damit die Einstellung des Führungsrohres 22 von dem Ritzel 40 ungestört
vorgenommen werden kann.
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23Λ5373
In den Fig. 3 und 4 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei das Lenkgetriebe mit
Hilfskraft arbeitet. Der Zahnstangentrieb und die ihn aufnehmenden Teile sind mit 84 bezeichnet und sind im wesentlichen in
gleicher Weise ausgebildet, wie dies durch das Bezugszeichen 86 angedeutet ist. Es ist also ein Gehäuse 12·, ein Führungsrohr
22f für die Zahnstange und eine Ritzeleinheit 38* vorgesehen.
Zusätzlich sind Gummistulpen 88 an den Enden des Führungsrohres 22 bzw. der Zahnstange 26' vorgesehen, um Fremdkörpern
den Zutritt zu verwehren. Ferner ist ein übliches Kugelgelenk 90 vorgesehen, um das übliche Lenkgestänge mit der Zahnstange
26' zu verbinden. Die Enden 92 und 94 der Zahnstange 26* haben
starre Flansche, die gegen die Anschlagringe 36 an den Enden
des Führungsrohres 22 anliegen.
Zur Ausübung der Hilfskraft ist ein hydraulisches Kolbenzylinder-Aggregat 96 vorgesehen, wobei das eine Ende des
Zylinders 98 mit dem Gehäuse 12' fest verbunden ist und das
gegenüberliegende Ende einer Kolbenstange des Kolbens 100 über ein Verbindungsstück 102 mit der Zahnstange 26* verbunden ist.
Ferner ist ein hydraulisches Vierwege-Ventil 104 vorgesehen, um Druckflüssigkeit wahlweise auf den innerhalb des Zylinders
befindlichen Kolben 100 zu leiten. Das Ventil 104 ist als in
der Mittelitellung durchströmtes Schieberventil ausgebildet und
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enthält einen zweiteiligen Ventilschieber 106, der verschieblich
in der Bohrung eines Ventilgehäuses 108 vorgesehen ist.
Das Ventilgehäuse 108 ist mit dem Gehäuse 12· verechraubt. Der
Ventilschieber 106 ist zwischen einem Kugellager 110 und einer Mutter 112 am einen Ende einer Stellstange 114 und gegen eine
Scheibe 118 und ein Kugellager 120 abgestützt an der anderen Seite gehalten. Das Kugellager 120 stützt sich an einem erweiterten
Bund 122 der Stellstange 114 ab. Der Bund 122 ist mit dem Ende der Ritzelwelle gekuppelt, um das Ritzel anzutreiben.
Dem Ventil 104 wird Druckflüssigkeit von einer
Pumpe über eine Druckleitung 124 zugeleitet, die in der Mittelstellung
des Ventils mit Kammern beiderseits des Kolbens 100 über Kanäle 126 bzw. 128 verbunden ist, wobei Abströmleitungen
130 von den Kammern Verbindung mit einem Sumpf haben. Bei einer axialen Verlagerung des Ventilschiebers 106 in Jeder Richtung
wird die Zufuhr der Druckflüssigkeit von der Druckleitung 124 zur einen Kammer gedrosselt, während in der anderen Kammer
durch Drosselung der zugeordneten Abströmleitung 130 ein Druck aufgebaut wird. Der Kolben 100 betätigt damit die Zahnstange 26·
in entsprechender Richtung. Die Bewegung des Ventilschiebers 106 in der notwendigen Richtung erfolgt durch axiale Verlagerung
der Achse des Ritzels 38 ·, die durch den Eingriff mit der Zahnstange
erfolgt, die gegen eine Hin- und Herbewegung festgelegt
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ist. Es ist daher die Lageranordnung für das Ritzel gegenüber
der ersten Ausführungsform abgewandelt, um diese axiale Verschiebung
der Achse des Ritzels zu ermöglichen.
Der Bewegung der Stellstange 114 und des Ventilschiebers 106 steht in beiden Richtungen aus der Mittelstellung
eine vorgespannte Druckfeder 132 entgegen, die das Fahrergefühl vermittelt. Mit ihrem einen Ende liegt diese Druckfeder 132
gegen eine Scheibe 134 an, die an ausgerichteten Schultern des
Ventilgehäuses 108 und des Ventilschiebers 106 abgestützt ist, während das andere Ende der Druckfeder 132 gegen eine Scheibe
136 anliegt, die gegen ebenfalls ausgerichtete Schultern am
Gehäuse und on der Scheibe 118 anliegt. Eine Bewegung der Stellstange
114 und des Ventilschiebers 106 aus der dargestellten Lage veranlasst ein Zusanmendrücken der vorgespannten Druckfeder
132, so dass eine Rückstellung des Ventilschiebers 106 . nach Beenden des Lenkvorganges in bekannter Weise erfolgt.
Die Verbindung zu den Kammern beiderseits des Kolbens
100 kann durch an die Kanäle 126 und 128 angeschlossene Verbindungsrohre 138 (Fig. 3) erfolgen oder aber es können diese Verbindungen
in das Kolben-Zylinder-Aggregat und das Ventilgehäuse 108 in bekannter Weise eingearbeitet sein.
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Claims (5)
- -14-Patentansprüche!./Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge mit einem —'Zahnstangentrieb, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (12) zur Aufnahme des Ritzels (40) des Zahnstangentriebes mit einer Querbohrung (16) und einer Längsbohrung (14) in letzterer ein Führungsrohr (22) für die Zahnstange (26) aufnimmt, dessen Aussendurchmesser auf den Bohrungsdurchmesser so abgestimmt ist, dass eine begrenzte Einstellbewegung zwischen beiden Teilen in radialer Richtung und geneigt zur Bohrungsachse ermöglicht ist, und dass in dem Gehäuse und dem Führungsrohr in Verbindung miteinander stehende Kanäle (74,76 und 78) gebildet sind, in die nach dem Ausrichten des Zahnstangentriebes unter Beibehaltung der Lage der Teile zueinander Kunststoff (SO) eingespritzt ist, der die Teile in ihrer Lage zueinander festlegt.
- 2. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur begrenzten Einstellung des Führungsrohres (22) für die Zahnstange (26) zur Längsbohrung (14) des Gehäuses (12) für das Ritzel (40) der Kanal (76) im Gehäuse eine begrenzte Weite hat und mit der Längsbohrung in Verbindung steht, und der in der Aussenf lache des Führungsrohres (22) vorgesehene Kanal (78) eine die axiale Einstellung des Führungsrohres ermöglichende, aber die Verbindung mit dem Kanal im Gehäuse aufrechterhaltende Weite aufweist.4098137 0656 _l5_
- 3. Lenkgetriebe nach Anspruch 1 oder 2,dadurch ,gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse (12) und dem in ihm liegenden Ritzel (40) eine Vorspannungsfeder (70) angeordnet istt, deren Vorspannung durch radiale Einstellung dess (22) für die Zahnstange (26) innerhalb der Längs-bohrung (.3*4) des Öehäuses (12) einstellbar ist.
- 4. Lenkgetriebe nach Ansoruch 3f dadurch gekennzeichnet, dass in der Querbohrung (16) des Gehäuses (12) in axialem Abstand voneinander liegende Büchsen (44) für die Welle des Ritzels (40) in radialer Richtung begrenzt beweglich vorg.ese&en .sind,, und die Vorspannungsfeder eine durchgebogene KLatttfedsesr \fc7&) &sdb, deren Enden sich an den Büchsen abstützen und deren mddbe jpegen das Gehäuse (12) anliegt, wobei ihre Durchibg^egung Ä^ch radiale Einstellung des Fünrungsrohres (22) zum Gehäuse isaränderliich ist.
- 5. !Lenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ,gekennzeichnet, dass die Kanäle im Gehäuse (12) aus neben den Enden lter Längsbohrung (14^ vorgesehenen Kränzen von über ' den Umfang mit Abstand voneinander verteilten Öffnungen (74) bestellen, die in eine zur Längsbohrung offene Ringnut (76) münden, und die Kanäle im Führungsrohr (22) aus Ringnuten (78) bestehen, die mit den Ringnuten (76) im Gehäuse zusammen Räume zur Aufnahme des eingespritzten Kunststoffs (80) bilden und dass im Bereich der Längsbohrung Dichtungsringe (E ^ einwärts der Ringnuten409819/0655 "l6~vorgesehen sind, die den Fluss des eingespritzten Kunststoffes durch den Raum zwischen Gehäuse (12) und Führungsrohr (22) begrenzen.409819/0655L e e r s eite
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