AUNS, Konstantin (Talstraße 39, Urbach, 73660, DE)
URBAN, Karl-Heinz (Sudetenstraße 21, Spraitbach, 73565, DE)
KÜBLER, Eberhard (Auf dem Haigst 20, Stuttgart, 70597, DE)
BESTER, Stephanus (Hermann-Stapff-Straße 9, Jena, 07749, DE)
AUNS, Konstantin (Talstraße 39, Urbach, 73660, DE)
URBAN, Karl-Heinz (Sudetenstraße 21, Spraitbach, 73565, DE)
KÜBLER, Eberhard (Auf dem Haigst 20, Stuttgart, 70597, DE)
| Patentansprüche 1 . Nachstellelement mit einem Keil (2) zur Erzeugung einer Keilwirkung in der Art eines Keilgetriebes zwischen einem ersten Bauteil (3) und einem zweiten Bauteil (4) eines Lenksystems, wobei sich der Keil (2) mit einer ersten Oberfläche (5) an dem ersten Bauteil (3) und mit einer zweiten Oberfläche (6) an dem zweiten Bauteil (4) abstützt und jeweils Normalkräfte (N, N-ι) aufbringt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Reibungszahl (μ-ι) zwischen der ersten Oberfläche (5) und dem ersten Bauteil (3) und die Reibungszahl (μ2) zwischen der zweiten Oberfläche (6) und dem zweiten Bauteil (4) voneinander verschieden sind. 2. Nachstellelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Oberfläche (5,6) des Keils (2) so gebildet ist, dass der Keil (2) um seine Längsachse (7) nicht wesentlich drehbar ist. 3. Nachstellelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberfläche (5,6) des Keils (2) eben ist. 4. Nachstellelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Oberflächen (5,6) des Keils (2) ebene Flächen (8,9) aufweisen, wobei die zweite Oberfläche (6) parallel zu der Längsachse (7) des Keils (2) gerichtet ist und die erste Oberfläche (5) des Keils (2) mit einem spitzen Keilwinkel (p) zu der zweiten Oberfläche (6) und der Längsachse (7) gerichtet ist. 5. Nachstellelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Keil (2) eine eckige Grundrißform aufweist. 6. Nachstellelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Keil (2) eine ringförmige Grundrißform aufweist und einen keilförmigen Querschnitt um seinen gesamten Umfang aufweist. 7. Nachstellelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungszahl (μ-ι) zwischen der ersten Oberfläche (5) und dem ersten Bauteil (3) größer ist wie die Reibungszahl (μ2) zwischen der zweiten Oberfläche (6) und dem zweiten Bauteil (4). 8. Nachstellelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Keil (2) und zumindest eine Oberfläche (5) des Keils (2) aus einem Metall-Werkstoff gebildet ist. 9. Nachstellelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Keil (2) und zumindest eine Oberfläche (6) des Keils (2) aus einem Kunststoff gebildet ist. 10. Nachstellelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zumindest einer Oberfläche (5) des Keils (2) und einem Bauteil (3) ein Federelement (10) angeordnet ist. 1 1 . Nachstellelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Keil (2) durch einen Kraftspeicher (1 1 ) mit einer etwa in Richtung seiner Längsachse (7) und zu seiner kleineren Stirnseite (12) oder Spitze gerichteten Kraft (F) beaufschlagt ist. 12. Nachstellelement nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Nachstellelement (1 ) Teil eines Druckstückes (13) oder einer Anpressvorrichtung in einem Zahnstangenlenkgetriebe (14) ist. 13. Nachstellelement nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Nachstellelement (1 ) mit einer Oberfläche (6) auf dem zweiten Bauteil (4) abgleitet. 14. Nachstellelement nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachstellelement (1 ) zur Einstellung des Betriebsspiels einer Verzahnung (15) einer Zahnstange (16) mit einer Verzahnung (17) eines Ritzels (18) dient. |
Die Erfindung betrifft ein Nachstellelement mit einem Keil zur Erzeugung einer Keilwirkung in der Art eines Keilgetriebes zwischen einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil eines Lenksystems.
Zur Einstellung eines gewünschten Spiels einer Verzahnung eines Ritzels und einer Verzahnung einer Zahnstange, die mit der Ritzelverzahnung kämmt, ist es beispielsweise bei Zahnstangenlenkungen bekannt, eine Anpressvorrichtung mit Druckstück vorzusehen. Eine in der Regel als zylindrische Schraubendruckfeder gebildete Druckfeder, die sich an einem Lenkgetriebegehäuse und an dem
Druckstück abstützt, drückt die genannten Verzahnungen hierbei gegeneinander. Die Druckfeder lässt sich hierbei mittels einer Stellschraube in einem
Lenkgetriebegehäuse vorspannen. Der von dem Druckstück in einer entsprechenden Führung in dem Lenkgetriebegehäuse zurücklegbare Weg ist dabei die
Abstandsänderung zwischen Ritzel und Zahnstange infolge ihrer abstandswirksamen Summe der Verzahnungsabweichungen während der Betätigung des Lenkgetriebes.
Wird mit der Stellschraube ein kleineres Druckstückspiel eingestellt als dem abweichungsbedingten Druckstückweg entspricht, kann sich das Lenkgetriebe während seiner Betätigung verklemmen.
Andererseits ist fahrzeugseitig in der Regel ein kleines Druckstückspiel erwünscht, damit unter dem Einfluß von Radreaktionskräften etwa durch Fahrbahnstöße bedingt, keine störenden Klappergeräusche im Lenkgetriebe entstehen.
Bei der Einleitung einer Lenkkraft auf die Zahnstange über ein Ritzel, welches mit einer Lenkhandhabe wirkverbunden ist, oder bei der Einleitung einer Lenkhilfskraft etwa durch einen Servomotor, der über ein Ritzel auf die Zahnstange wirkt, sowie durch die auf die Zahnstange wirkende Rückstellkraft aus dem Fahrzeugfahrwerk oder durch Fahrbahnstösse während der Fahrt, werden die Zahnstange und das Druckstück durch den Verzahnungseingriffswinkel von dem Ritzel so lange weggedrückt, bis das Druckstück unter Umständen weit sich an die Stellschraube bewegt hat. Ein derartiges Zahnstangen- Lenkgetriebe ist z.B. aus der DE - OS 19 48 612 bekannt. Dabei weist die von einem Lenkrad her betätigte, in einem Gehäuse gelagerte Lenkwelle ein Lenkritzel auf, welches in eine Zahnstange eingreift, die von einem Auflager mittelbar durch eine Druckfeder mittels eines im Gehäuse gelagerten Schiebers gegen die Zahnstange gedrückt wird.
Das dahingehende Auflager ruht mit einer zylindrischen oder sphärischen
Führungsfläche auf einer entsprechenden Lagerfläche am Schieber. Eine Druckfeder, die auf den Schieber einwirkt, stützt sich im Gehäuse auf einer Stellschraube ab, um ein Zurückweichen des Schiebers zu begrenzen und damit einen Eingriff zwischen Zahnstange und Lenkritzel zu gewährleisten, ist der Weg des Schiebers durch einen Begrenzungsring einstellbar,
Die bekannten Zahnstangenlenkungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass das Druckstückspiel durch Verschleiß und durch Setzung der miteinander wirkenden Bauteile in einer betreffenden Zahnstangenlenkung zunimmt und es eines
Nachstellens des Druckstückspiels bedarf.
Die DE 10 2006 016 1 10 A1 zeigt und beschreibt ein Zahnstangenlenkgetriebe mit automatischer Nachstellung des Druckstückes, wobei ein keilartiges Teil vorgesehen ist, welches sich zum einen an dem Druckstück und zum anderen an einer
Stellschraube abstützt. Das keilartige Teil ist aus zwei Halbringen gebildet, die einen keilartigen Querschnitt aufweisen. Die Halbringe sind mittels einer Ringfeder so beaufschlagt, dass diese, die Halbringe umgreifend, bestrebt sind, mit ihrer kleineren Keil-Stirnfläche, mit der Keilspitze also, Anlaufschrägen an dem Druckstück und an einem Getriebegehäuseteil auseinander zu bewegen, sodaß das Druckstück in Richtung auf die spielfrei zu stellenden Verzahnungen gedrückt wird, bzw. übergroßes Druckstückspiel vermieden ist.
Das dahingehende Nachstellelement baut in der Summe der Teile vergleichsweise aufwändig, da eine keilförmige Querschnittsform um den ganzen Umfang des keilartigen Teiles zu fertigen ist. Zudem ist ein im Betrieb der Zahnstangenlenkung mögliches, völliges Zurückweichen des keilartigen Teils in eine Position, in der zu viel Druckstückspiel vorliegt, nicht sicher verhindert, sodaß Klappergeräusche und Umlenkgeräusche dennoch entstehen können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Nachstellelement mit einem Keil anzugeben, welches ein exaktes, einfaches Nachstellen des Spiels zwischen zwei in Eingriff oder Kontakt miteinander befindlichen Bauteilen ermöglicht und dieses dauerhaft sicherstellt.
Die Aufgabe wird mit einem Nachstellelement mit den Merkmalen des
Patentanspruches 1 gelöst.
Das Nachstellelement weist einen Abschnitt auf, der keilartig ist oder das
Nachstellelement ist insgesamt in der Form eines konisch sich verjüngenden Bauteils oder Keils gebildet. Es übt eine Keilwirkung auf ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil eines Lenksystems aus, wobei sich das Nachstellelement oder der Keil mit einer ersten Oberfläche an dem ersten Bauteil und mit einer zweiten Oberfläche an dem zweiten Bauteil abstützt und jeweils Normalkräfte aufbringt. Um die Position des Keiles relativ zu den Bauteilen dauerhaft zu gewährleisten in dem Sinne, dass zwar eine Bewegung des Keils relativ zu den Bauteilen im Sinne einer Nachstellung des Spiels möglich ist, aber kein Zurückweichen in eine mit größerem Spiel behaftete Position, ist vorgesehen, dass die Reibungszahl zwischen der ersten Oberfläche des Keiles und dem ersten Bauteil von der Reibungszahl zwischen der zweiten
Oberfläche und dem zweiten Bauteil voneinander verschieden sind.
Dadurch ist es möglich, dass der Keil, der in der Regel von einem Kraftspeicher im Sinne der Erzeugung von Normalkräften auf die beiden Bauteile beaufschlagt ist, sich von einem Bauteil mit einer so erzeugten Reibkraft oder Haftreibung abstützt, dass der Keil unter Einfluß von betriebsbedingten Schwingungen etwa nicht mehr in eine Position zurückweichen kann, in der das Spiel unerwünscht vergrößert ist. Die Haftreibung an seiner anderen Oberfläche ist hingegen so gewählt, dass bei einem sich vergrößernden Spiel zwischen den Bauteilen der Keil unter Überwindung der Haftreibung an seiner anderen Oberfläche und unter Wirkung vorzugsweise eines Kraftspeichers, der in Keilrichtung oder Keilspitzenrichtung wirkt, seine Position ändert. Der Keil oder das Nachstellelement mit einem keilartigen Abschnitt ist demnach in der Art und Wirkung eines Sperrklinkengetriebes- allerdings stufenlos - gebildet und sichert einerseits eine Verzahnungs- oder Haftmöglichkeit mit einem Bauteil an einer Keilfläche und eine Gleitmöglichkeit an seiner anderen Oberfläche, die in Anlage mit dem anderen Bauteil ist. Das andere Bauteil kann dabei im Betrieb auch auf der betreffenden Oberfläche hin- und hergleiten und durch eine Zahnstange oder dergleichen gebildet sein.
Dies hat den Vorteil dass das Nachstellelement in seiner Montagephase keiner genauen Justage bedarf, da sich das gewünschte Spiel sofort bei der Inbetriebnahme der betreffenden Bauteile des Lenksystems einstellt. Es kann einfach hergestellt werden und weist insgesamt eine minimierte Komponentenzahl auf. So ist mit dem erfindungsgemäßen Nachstellelement es möglich, ein Druckstück, wie es aus dem Stand der Technik bei Zahnstangenlenkungen üblich ist, entbehrlich zu machen.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zumindest eine Oberfläche des Keiles so gebildet, dass der Keil um seine Längsachse nicht verdreht werden kann, insbesondere ist die Oberfläche eben gebildet. In einer besonders einfach zu fertigenden Ausführungsform weist der Keil eine erste Oberfläche auf, die parallel zu seiner Längsachse verläuft. Die zweite Oberfläche des Keils verläuft als ebene Fläche hingegen mit einem spitzen Keilwinkel zu der Längsachse und zu der ersten
Oberfläche. In einem einfach zu fertigenden Ausführungsbeispiel ist der Keil mit einer eckigen Grundfläche gebildet. Es kann auch zweckmäßig sein, etwa in Anpassung an ein im Querschnitt kreisförmiges Gehäuse für das Nachstellelement, die Grundrißform des Nachstellelementes ringförmig zu wählen und den Querschnitt des Nachstellelementes um den Umfang keilförmig zu bilden.
Ist ein Bauteil, welches sich an einer ersten Oberfläche des Nachstellelementes abstützt lagefest und ein Bauteil beweglich, etwa als Zahnstange gebildet, so ist es zweckmäßig, die Reibungszahl zwischen der ersten Oberfläche und dem ersten Bauteil größer zu wählen als an dem zweiten Bauteil.
Der Keil oder das Nachstellelement samt Keil kann zweckmäßig aus einem
Metallwerkstoff, etwa aus Stahl oder einem Buntmetall gebildet sein. Es kann insbesondere zur Minimierung von Betriebsgeräuschen sinnvoll sein, das
Nachstellelement oder den Keil aus einem technischen Kunststoff, wie etwa einem Polymeren zu bilden. Es lässt sich auch ein Keil aus einem Metallwerkstoff einsetzen, der an einer Oberfläche oder an beiden Oberflächen eine Kunststoffbeschichtung aufweist. Zwischen einer Oberfläche des Keils und einem Bauteil lässt sich auch ein Federelement anordnen, das beispielsweise eine höhere Reibungszahl ermöglicht und eine zusätzliche Vorspannung im Sinne einer Erhöhung der Normalkräfte auf die Bauteile ermöglicht. Der Keil wird in einem besonders bevorzugten
Ausführungsbeispiel mit Hilfe eines Kraftspeichers in Form einer Druckfeder in etwa in Richtung seiner Längsachse in Richtung auf die Keilspitze oder in Richtung auf seine kleinere Stirnseite vorgespannt, sodaß bei einer Zunahme des Spiels zwischen den gegeneinander gedrückten Bauteilen des Lenksystems, der Keil unter Überwindung der Haftreibung an seiner Oberfläche mit größerer Reibungszahl weitergleiten kann auf seiner Oberfläche mit kleinerer Reibungszahl.
Das erfindungsgemäße Nachstellelement eignet sich besonders in einem Druckstück oder als Duckstückersatz zur Spielfreistellung einer Verzahnung einer Zahnstange mit einer Verzahnung eines Ritzels in einem Zahnstangenlenkgetriebe eines
Personenkraftwagens oder Nutzkraftwagens.
Bezugszeichenliste
Nachstellelement
Keil
Bauteil, erstes
Bauteil, zweites
Oberfläche, erste
Oberfläche, zweite
Längsachse
Fläche
Fläche
10 Federelement
1 1 Kraftspeicher
12 Stirnseite
13 Druckstück
14 Zahnstangenlenkgetriebe
15 Verzahnung, v. 16
16 Zahnstange
17 Verzahnung, v. 18
18 Ritzel
19 Längsachse, v. 16
20 Achse
21 Bohrung
22 Öffnung
23 Druckstückende
24 Stirnfläche
25 Deckel
26 Gehäuseaussparung, v. 27
27 Gehäuse, v. 14
μι Reibungszahl
Reibungszahl
P Keilwinkel
hi Höhe, v. 12
h 2 Höhe
N, N-i Normalkraft Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der Zeichnung wiedergegeben. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 einen teilweisen schematischen Querschnitt durch ein Nachstellelement in einem Zahnstangen- Lenkgetriebe eines Personenkraftwagens,
Fig. 2 einen teilweisen schematischen Querschnitt durch ein weiteres
Ausführungsbeispiel eines Nachstellelement in einem Zahnstangen- Lenkgetriebe eines Personenkraftwagens.
In Fig. 1 ist in einem teilweisen Querschnitt ein Zahnstangen-Lenkgetriebe 14 eines Lenksystems, welches als Zahnstangen- Hilfskraftlenkung gebildet ist, gezeigt. Das Zahnstangen - Lenkgetriebe 14 ist als hohlzylindrisches Bauteil, in dem eine zylindrische Zahnstange 16 aus Vollmaterial axial verschiebbar ist, gezeigt.
Die entlang ihrer Längsachse 19 axial verschiebbare Zahnstange 16 trägt eine sich über die Zahnstangenlänge erstreckende Verzahnung 15, die mit einer Verzahnung 17 eines Ritzels 18 in Eingriff ist. Das Ritzel 18 ist an einem Ende einer Lenkwelle drehfest mit dieser verbunden. Die Verzahnungen 15,17 können geradverzahnt oder schrägverzahnte Evolventenverzahnungen sein oder in anderer Weise ausgebildet sein, so, dass bei einer Drehung der Lenkwelle eine Axialverschiebung der
Zahnstange 16 resultiert. Auf gleiche Weise kann auch ein Ritzel eines Servomotors in Eingriff mit der Verzahnung 15 der Zahnsange 16 sein um eine Lenkhilfskraft auf die Zahnstange 16 aufzubringen. Das Ritzel 18 ist in nicht näher dargestellter Weise in dem Getriebegehäuse drehbar gelagert. Die Zahnstange 16 ist an ihren nicht gezeigten Enden gelenkig mit jeweils einer Spurstange und einem Radklenkhebel mit lenkbaren Rädern des Personenkraftwagens verbunden.
Die Verzahnung 15 der Zahnstange 16 wird mit Hilfe eines kolbenartigen
Druckstückes 13 , welches entlang einer senkrecht zu der Längsachse 19 der Zahnstange 16 angeordneten Achse 20 axialverschiebbar in dem Getriebegehäuse angeordnet ist, gegen das Ritzel 18 gepreßt.
Das Druckstück 13 kann zylindrisch oder in anderer Querschnittsform, von der Kreisform abweichend, gebildet sein und ist in einer Bohrung 21 mit an die jeweilige Querschnittsform des Druckstücks 13 angepaßter Querschnittsform eingesetzt. Die Bohrung 21 weist in ihrem axialen, der Zahnstange 16 zugewandten Ende eine Öffnung 22 auf, durch die ein zapfenartiges Druckstückende 23 ragt. Das
Duckstückende 23 liegt gleitend auf der Zahnstange 16 auf.
Ein als Keil 2 gebildetes Nachstellelement 1 ist unter Beaufschlagung einer Kraft F eines Kraftspeichers 1 1 , die quer zu der Achse 20 entlang einer Längsachse 7 des Keils 2 gerichtet ist, in Betrachtungsrichtung auf die Figur 1 von links nach rechts beaufschlagt. Der Keil 2 ist ein durch Fräsen oder sonstige spanabhebende
Bearbeitung gebildetes Metallteil oder als Sinterbauteil aus Metall gefertigt. Der Keil 2 weist zu dem Druckstück 13 zugewandt eine senkrecht zu der Achse 20 und parallel zu der Längsachse 7 angeordnete, als ebene Fläche 8 gebildete zweite Oberfläche 6 auf. Mit einem Keilwinkel p verläuft eine erste, ebenfalls als ebene Fläche 9 gebildete Oberfläche 5 des Keils 2 zu einer Stirnfläche 12 hin. Die Stirnfläche 12 des Keils 2 ist mit einer geringeren Höhe h-ι gebildet, als die in Anlage mit dem Kraftspeicher 1 1 gebildete Stirnfläche 24, die eine Höhe h 2 in Richtung der Achse 20 aufweist. Die Oberflächen 5,6 verlaufen quer zu der Längsachse 7 betrachtet, parallel zueinander.
Die Reibungszahl μ-ι zwischen der zweiten Oberfläche 6 und dem Druckstück 13 auf der der Keil 2 gleiten kann, ist geringer als die Reibungszahl μ 2 zwischen der ersten Oberfläche 5 und einem Deckel 25, der die Bohrung 21 abschließt und an dem sich der Keil 2 abstützt. Der Deckel 25 weist eine schräg mit dem Keilwinkel p verlaufende Fläche auf, an der sich die erste Oberfläche 5 des Keils 2 anlegt. Der Deckel 25 und das Druckstück 13 bilden erste und zweite Bauteile 3,4 auf die der Keil 2 Normalkräfte N, N-i aufbringt, woraus eine Normalkraft N im Sinne eines Andrückens der
Verzahnungen 15,17 resultiert.
Der Keil 2 kann auch mit seiner zweiten Oberfläche 6 direkt an der Zahnstange 16 angelegt sein und die Zahnstange 16 auf dieser Oberfläche 6 abgleiten, wie dies die Fig. 2 verdeutlicht, in der der Keil 2 lediglich in einer Gehäuseaussparung 26 eines Gehäuses 27 des Zahnstangenlenkgetriebes 14 angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine bedeutend einfachere Fertigung des Gehäuses 27 und eine nicht unwesentliche Reduktion der Zahl der Bauteile. Zudem ist der Bauraumbedarf bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel verringert, da die Gehäuseaussparung 28 in eine Gehäusewand mit durchgehend gleicher Aussenkontur einbringbar ist. Für gleiche Bauteile gelten im Übrigen dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1. Durch die erhöhte Reibungszahl μ 2 ist ein Zurückweichen des Keils 2 entgegen der Federkraft F des Kraftspeichers 1 1 verhindert. Vielmehr wandert der Keil 2 auf seiner ersten Oberfläche 5 bei zunehmendem Spiel zwischen Zahnstange 16 und Ritzel 18 weiter nach rechts und gleicht dieses aus. Es ergibt sich eine dauerhafte Anlage der Verzahnungen 15,18 mit stets gleichem Betriebsspiel. Ein betriebesbedingtes Zurückweichen des Druckstücks 13 in Richtung auf den Deckel 25 ist nicht vorgesehen. Zwischen der ersten Oberfläche 5 des Keils 2 und dem Deckel 25 kann ein Federelement 10 in der Art einer flachen Tellerfeder vorgesehen sein, die die Reibungszahl μ 2 definieren kann und eine definierte Vorspannung auf das Druckstück 13 aufbringen kann.