Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnstange für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, ein Lenkgetriebe sowie ein Druckstück.

Stand der Technik

Zahnstangen für Lenksysteme in Kraftfahrzeugen, insbesondere für Zahnstangenlenkgetriebe, sind aus dem Stand der Technik wohlbekannt. Bei solchen Zahnstangenlenkgetrieben ist eine sich quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges erstreckende Zahnstange vorgesehen, welche einen mit einem Lenkritzel kämmenden Verzahnungsbereich aufweist. Das Lenkritzel ist über eine entsprechende Lenkwelle drehfest mit dem von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs bedienten Lenkrad verbunden.

Der Verzahnungsbereich der Zahnstange weist eine zur Verzahnung des Lenkritzels kompatible Zahnstangenverzahnung auf, über welche entsprechend die Lenkkraft vom Lenkritzel auf die Zahnstange übertragen wird. Die beiden Enden der Zahnstange stehen üblicherweise über Spurstangen und Kugelgelenke direkt oder indirekt mit je einem gelenkten Rad des Kraftfahrzeugs in Verbindung. Entsprechend wird die mit dem Lenkrad eingebrachte Lenkbewegung über das Lenkritzel auf die Zahnstange übertragen, und die daraus resultierende lineare Bewegung der Zahnstange wird dann in eine Lenkbewegung der gelenkten Räder des Kraftfahrzeuges umgewandelt.

Um die über das Ritzel in der Zahnstange eingetragenen Kräfte abzustützen und insbesondere ein Ausweichen der Zahnstange in eine der Verzahnung entgegen gesetzte Richtung zu verhindern und entsprechend ein Springen des Lenkritzels über die Verzahnung der Zahnstange zu verhindern, wird der dem Verzahnungsbereich gegenüberliegende Zahnstangenrücken über ein entsprechendes Druckstück abgestützt und in Richtung auf das Lenkritzel hin vorgespannt. Ein Problem bei derartigen Zahnstangenlenkgetrieben besteht darin, dass der Zahnstange durch den Zahneingriff zwischen Lenkritzel und Zahnstange ein Drehmoment aufgeprägt wird, welches in einer Rotation um die Längsachse der Zahnstange resultieren kann. Dieses Drehmoment muss entsprechend abgestützt werden.

Gerade auch bei Lenksystemen, bei welchen elektrische Hilfskrafteinrichtungen zur Unterstützung der Lenkbewegung vorgesehen sind, können derartige Rotationen der Zahnstange eine ungünstige Krafteinleitung hervorrufen. Weiterhin werden beispielsweise über eine Hilfskrafteinrichtung in Form eines Kugelgewindetriebs (KGT) entsprechende Drehmomente in die Zahnstange eingeleitet, welche ebenfalls abgestützt werden müssen.

Entsprechend stellt der Stand der Technik unterschiedliche Geometrien zur AbStützung der auf die Zahnstange aufgebrachten Drehmomente bereit. Hier sind beispielsweise aus der DE 198 58 681 A1 und der DE 10 2008 054 782 A1 Y-förmige Zahnstangenrücken bekannt, welche die

Drehmomente abstützen sollen.

Weiterhin sind beispielsweise aus der GB 976,661 V-förmige Zahnstangenrücken bekannt, welche ebenfalls eine AbStützung der Zahnstange gegen die eingetragenen Drehmomente bereitstellen sollen.

Aus der DE 10 2004 010 819 A1 ist eine Zahnstange mit einer V-förmigen Ausnehmung beziehungsweise V-förmigen Nut offenbart, welche auch zur AbStützung der eingetragenen Drehmomente dient.

Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Zahnstangen beziehungsweise deren Konturen ist, dass die Herstellung der jeweiligen Konturen aufwändig ist und beispielsweise durch Gesenkschmieden oder Kaltumformen nicht hergestellt werden kann. Weiterhin ist bei Zahnstangen mit einem V-förmigen Zahnstangenrücken nur eine geringe Hemmung gegenüber einer Rotation und entsprechend nur eine geringe AbStützung der eingeleiteten Drehmomente erreichbar. Diese lässt auch immer stärker nach, wenn sich die Anlageflächen der Druckstücke im Betrieb abnutzen.

Bei Zahnstangen mit Y-Profil beziehungsweise einem Y-förmigen Zahnstangenrücken macht sich zum einen deren große Bauform negativ bemerkbar und mit der Einebnung der Wölbungen an den Druckstückflächen mit zunehmendem Verschleiß kommt es zum anderen beim Anlegen eines Drehmoments zu einem Übergang von einer Linienauflage zu einer vollflächigen Anlage, wodurch unerwünschte Geräusche entstehen können. Darstellung der Erfindung

Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zahnstange sowie ein

Lenkgetriebe für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs anzugeben, welche mit einem reduzierten Aufwand herstellbar sind und welche gleichzeitig eine AbStützung eines Drehmomentes bereitstellen.

Diese Aufgabe wird durch eine Zahnstange mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Entsprechend wird eine Zahnstange für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen, welche einen sich entlang eines Abschnitts der Längsachse der Zahnstange erstreckenden Verzahnungsbereich zum Eingriff mit einem Lenkritzel, und einen dem Verzahnungsbereich gegenüberliegenden Zahnstangenrücken zum Kontakt mit einem Druckstück umfasst, wobei der mit dem Druckstück kontaktierbare Bereich des Zahnstangenrückens im Querschnitt bezüglich der Längsachse mindestens eine konvexe Kontur aufweist. Erfindungsgemäß ist die konvexen Kontur durch eine stetig differenzierbare Kurve beschreibbar, wobei die Kurve entlang ihrem Verlauf Abstände zu einer Radienmittellinie aufweist und die Radienmittellinie exzentrisch zu der

Längsachse der Zahnstange angeordnet ist. Der Verlauf kann gut in Polarkoordinaten dargestellt werden, deren Polarmittelpunkt auf der Radienmittellinie liegt. Die Kurve kann dann über den Abstand vom Polarmittelpunkt und einen Winkelwert beschrieben werden.

Unter der Radienmittellinie wird eine zur Längsachse der Zahnstange parallele, gedachte Linie verstanden, welche die Radienmittelpunkte der konvexen Kontur zumindest über die Länge des mit dem Druckstück kontaktierbaren Bereichs der Zahnstangenrückens darstellt. Die Radienmittellinie erstreckt sich damit auch parallel zur Verschiebungsrichtung der Zahnstange relativ zum

Druckstück und verändert ihre Position auch bei einer Verschiebung der Zahnstange nicht.

Dadurch, dass der Zahnstangenrücken mit mindestens einer konvexen Kontur ausgebildet ist, welche eine stetig differenzierbare Kurve beschreibt, lässt sich die Zahnstange entsprechend durch herkömmliches Gesenkschmieden oder Kaltumformen auf eine kostengünstige Weise herstellen. Durch die stetige Differenzierbarkeit sind insbesondere keine„Kanten" in den konvexen Bereichen vorhanden, welche sich nachteilig auf eine einfache Herstellung auswirken könnten. Eine zerspanende Verarbeitung ist damit nicht notwendig, da die konvexe Kontur des

Zahnstangenrückens mit entsprechend konkaven Gesenkwerkzeugen beziehungsweise

Kaltumformwerkzeugen in bekannter Weise geformt werden kann.

Durch die genannte exzentrische Anordnung der Radienmittellinie der Abstände der Kurve, welche die konvexen Kontur beschreibt, bezüglich der Längsachse der Zahnstange wird darüber hinaus eine stabile Hemmung der Rotation der Zahnstange gegenüber eingetragenen Drehmomenten bereitgestellt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Längsachse der Zahnstange und der Radienmittellinie der konvexen Kontur, welche entsprechend nicht koaxial angeordnet sind sondern auseinanderfallen, wird nämlich die entsprechende Hemmung der Rotation der Zahnstange beim Einbringen von Drehmomenten verwirklicht. Diese Hemmung ergibt sich dadurch, dass ein starrer Körper nicht gleichzeitig um zwei voneinander beabstandete Rotationsachsen rotieren kann.

Die Längsachse der Zahnstange wird hier bevorzugt durch die Rotationsachse der Zahnstange oder die Symmetrieachse der Zahnstange ausgebildet. Als Symmetrieachse kann auch die Achse des Flächenmittelpunktes oder Flächenschwerpunktes angesehen werden. Diese Längsachse korrespondiert entsprechend, beispielsweise bei der Herstellung der Zahnstange durch

Gesenkschmieden aus einem Rundmaterial, mit der Längsachse beziehungsweise der

Rotationsachse des ursprünglichen Rundmaterials. Ohne die vorgeschlagene spezielle Ausbildung des Zahnstangenrückens würde die Zahnstange daher beim Aufbringen eines Drehmoments um diese Längsachse rotieren. Mit anderen Worten handelt es sich hierbei um die sich geometrisch ergebende Rotationsachse der Zahnstange.

Bei der Ausbildung der Zahnstange ist es notwendig, die Kontur über die Länge des

Zahnstangenrückens, welcher mit dem Druckstück kontaktierbar ist, konstant zu halten, um ein leichtgängiges Verschieben der im Druckstück geführten Zahnstange entlang der Längsachse der Zahnstange beim Aufbringen einer Lenkbewegung zu ermöglichen.

Mit anderen Worten verändert sich die Kontur des Zahnstangenrückens zumindest über die Länge, welche mit dem Druckstück kontaktierbar ist, nicht. Entsprechend ist die Kontur des

Zahnstangenrückens zumindest in diesem Bereich durch parallel zueinander angeordnete Linien darstellbar, wobei sich die parallelen Linien auch parallel zur Längsachse der Zahnstange und parallel zur Radienmittellinie erstrecken.

In einer bevorzugten Weiterbildung sind alle Abstände von der Radienmittellinie entlang der stetig differenzierbaren konvexen Kontur größer oder gleich einem minimalen Radius und kleiner oder gleich einem maximalen Radius und der minimale Radius und der maximale Radius sind so bestimmt, dass die Zahnstange hinterschnittfrei senkrecht zu ihrer Längsachse in das Druckstück einlegbar ist. Durch die entsprechende Ausbildung der Abstände der die konvexe Kontur beschreibenden Kurve kann erreicht werden, dass ein einfacher Zusammenbau der Zahnstange mit einem entsprechenden Druckstück möglich ist. Insbesondere wird durch die beschriebene

Ausbildung der Form der konvexen Kontur erreicht, dass Hinterschnitte vermieden werden, welche auch aus Sicht der Herstellung nachteilig sein können, da sie mehrteilige Werkzeuge erfordern.

Bei der Darstellung der stetig differenzierbaren konvexen Kontur hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Änderung der Abstände der Kontur von der Radienmittellinie geringer als 10% pro Winkelgrad des Polarwinkels ist. Änderungswerte des Abstandes von weniger als 1 % pro

Winkelgrad Polarwinkel sind jedoch mehr zu bevorzugen. Dabei sind mit Vorzug Konturabschnitte mit größeren Abständen von der Radienmittellinie zwischen Konturabschnitte mit geringerem Abstand eingeschlossen. Insbesondere an den beiden Enden des jeweiligen Konturabschnitts liegt die Kontur mit Vorzug der jeweils auf dem kleinsten der vorgegebenen Radien (=Abständen) der Kontur von der Radienmittellinie.

In einer besonders bevorzugten Ausbildung ist die stetig differenzierbare konvexe Kontur kreisbogenförmig und die Radienmittellinie der kreisbogenförmigen Kontur ist exzentrisch zu der Längsachse der Zahnstange angeordnet. Hierdurch kann eine Vereinfachung der Herstellbarkeit, insbesondere für das Druckstück, erreicht werden.

Unter einer kreisbogenförmigen Kontur des Zahnstangenrückens wird hier verstanden, dass der Zahnstangenrücken quer zur Längsachse einen kreisförmigen Querschnittsabschnitt aufweist. Der kreisförmige Querschnittsabschnitt weist entsprechend einen Abstand von der Radienmittellinie auf, welcher konstant ist. Daher entspricht hier der im Anspruch 1 definierte Abstand zu der

Radienmittellinie dem Radius der kreisbogenförmigen Kontur. Der Querschnittsabschnitt beschreibt dabei typischerweise keinen Vollkreis, sondern nur einen kleinen Abschnitt eines Vollkreises, beispielsweise ca. 5° bis 30° eines Vollkreises. Zwischen zwei Abschnitten mit einer kreisbogenförmigen Kontur können Konturabschnitte mit beliebigen Formen, insbesondere geraden oder spline-förmigen Konturen, angeordnet sein. Es ist aber auch denkbar und möglich, zwei Abschnitte mit einer kreisbogenförmigen Kontur übergangslos im Umfang gesehen nebeneinander anzuordnen. Analog gilt dies auch für Abschnitte von stetig differenzierbaren konvexen Konturen. Entsprechend können zwischen zwei Abschnitten mit einer stetig differenzierbaren konvexen Kontur Konturabschnitte mit beliebigen Formen, insbesondere geraden oder spline-förmigen Konturen, angeordnet sein. Es ist aber auch denkbar und möglich, zwei Abschnitte mit einer stetig differenzierbaren konvexen Kontur übergangslos im Umfang gesehen nebeneinander anzuordnen.

Zur Vereinfachung der Beschreibung werden die Begriffe„stetig differenzierbare konvexe Kontur" und„glatt-konvexer Kontur" synonym verwendet. Weiterhin sind im Folgenden, soweit anwendbar, die Ausführungen, die auf die kreisbogenförmige Kontur bezogen werden auch auf die glattkonvexe Kontur übertragen gelten. Im Rahmen der Analogie ist ein Radius, gemessen von der Radienmittellinie, auf dem der äußere Umfang der kreisförmigen Kontur liegt äquivalent mit einem Abstand der glatt-konvexen Kontur zur Radienmittellinie anzusetzen. Auch in dieser vorteilhaften Weiterbildung wird eine Hemmung einer Rotation der Zahnstange um ihre Längsachse in der oben beschriebenen Form bereitgestellt, obwohl die Ausbildung des Zahnstangenrückens mit einer kreisbogenförmigen Kontur - oder auch einer glatt-konvexen Kontur - eigentlich für eine Rotation prädestiniert wäre.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird die Radienmittellinie außerhalb der Zahnstange angeordnet, wodurch erreicht wird, dass die Längsachse der Zahnstange, also die sich geometrisch ergebende Rotationsachse der Zahnstange, und die sich über die Radienmittellinie ergebende Rotationsachse der kreisbogenförmigen Kontur oder auch der glatt-konvexen Kontur deutlich auseinanderfallen. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist der Verzahnungsbereich der Zahnstange zwischen der Radienmittellinie und der Längsachse der Zahnstange angeordnet. Mit anderen Worten befinden sich beispielsweise eine erste Rotationsachse oberhalb, und eine zweite Rotationsachse unterhalb des Verzahnungsbereiches, über welchen das Drehmoment eingetragen wird. Da aber ein starrer Körper, wie bereits genannt, nicht gleichzeitig um zwei voneinander beabstandete Rotationsachsen rotieren kann, insbesondere nicht bei einer Einleitung des

Drehmoments zwischen den Rotationsachsen, ergibt sich auf diese Weise eine sehr stabile Hemmung der Rotation der Zahnstange. In der genannten bevorzugten Ausführungsform liegt die Radienmittellinie auch au ßerhalb der Verzahnung der Zahnstange.

Bei einer Verschiebung der Zahnstange in Längsrichtung der Zahnstange, welche auch die Verschiebungsrichtung bereitstellt, ändert sich die Position der Radienmittellinie nicht. Damit ist der Abstand zwischen der Radienmittellinie und der Längsrichtung der Zahnstange an jeder Position des Bereiches, in welchem der Zahnstangenrücken mit dem Druckstück in Kontakt bringbar ist, konstant. Der gleiche Effekt einer effektiven Hemmung der Rotation der Zahnstange beim Eintragen eines Drehmoments wird erreicht, wenn die Radienmittellinie der kreisbogenförmigen oder glatt-konvexen Kontur auf einer Oberfläche der Zahnstange angeordnet ist. Auch in dieser Ausgestaltung tritt durch das Auseinanderfallen der Radienmittellinie der kreisbogenförmigen Kontur und der Längsachse beziehungsweise der Rotationsachse der Zahnstange die vorbeschriebene Hemmung gegenüber eingetragenen Drehmomenten auf.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Zahnstangenrücken mindestens zwei unterschiedliche kreisbogenförmige Konturen oder glatt-konvexe Konturen aufweist. Es lässt sich auf diese Weise eine Zahnstange ausbilden, welche zum einen mittels Gesenkschmieden oder Kaltumformen in kostengünstiger Weise hergestellt werden kann, zum anderen aber durch die Bereitstellung der mindestens zwei Radienmittellinien der kreisbogenförmigen oder der glatt-konvexen Kontur, wieder die vorbeschriebene Hemmung in besonders effektiver Weise ausbildet. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung liegt wiederum der Verzahnungsbereich zwischen den

Radienmittellinien der kreisbogenförmigen oder glatt-konvexen Konturen und der Längsachse der Zahnstange, so dass eine Rotation der Zahnstange nicht stattfinden kann. Es ist offensichtlich, dass auch eine Kombination aus kreisbogenförmiger und glatt-konvexer Kontur denkbar und möglich ist.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Radienmittellinie der kreisbogenförmigen Kontur oder der glatt-konvexen Kontur auf einer Oberfläche der Zahnstange in einem Bereich angeordnet, welcher mit dem Druckstück kontaktierbar ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass - neben dem bereits beschriebenen Auseinanderfallen der Rotationsachse der Zahnstange und der durch die kreisbogenförmige oder glatt-konvexen Kontur gebildeten Radienmittellinien - weiterhin ein tangentialer Hinterschnitt des Zahnstangenrückens bezüglich des Druckstücks ausgebildet wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Radienmittellinie der kreisbogenförmigen Kontur auf der Kippachse angeordnet ist, um welche die Zahnstange in dem Druckstück rotieren würde, und gleichzeitig der Radius der kreisbogenförmigen Kontur größer ist, als die Breite der Zahnstange im Druckstück. Besonders bevorzugt ist es, wenn die kreisbogenförmige Kontur einen tangentialen Hinterschnitt der Zahnstange bezüglich des Druckstückes ausbildet. Auf diese Weise kann eine weitere Hemmung einer Rotation der Zahnstange erreicht werden.

Die oben genannte Aufgabe wird besonders bevorzugt durch eine Zahnstange für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges gelöst, welche einen sich entlang eines Abschnitts der Längsachse der

Zahnstange erstreckenden Verzahnungsbereich zum Eingriff mit einem Lenkritzel, und einen dem Verzahnungsbereich gegenüberliegenden Zahnstangenrücken zum Kontakt mit einem Druckstück umfasst, wobei der mit dem Druckstück kontaktierbare Bereich des Zahnstangenrückens im Querschnitt bezüglich der Längsachse mindestens eine kreisbogenförmige Kontur aufweist.

Erfindungsgemäß ist dabei die Radienmittellinie der kreisbogenförmigen Kontur exzentrisch zu der Längsachse der Zahnstange angeordnet.

Die oben genannte Aufgabe wird auch durch ein Lenkgetriebe für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1 gelöst. Entsprechend umfasst das Lenkgetriebe eine Zahnstange und ein Druckstück. Erfindungsgemäß ist die Zahnstange mit der oben beschriebenen Geometrie ausgebildet. Besonders bevorzugt weist das Druckstück eine Führung auf, welche eine dem Zahnstangenrücken komplementäre Kontur aufweist.

Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin auch durch ein Druckstück zur Aufnahme einer Zahnstange mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Entsprechend weist das Druckstück eine Führung auf, welche eine dem Zahnstangenrücken einer Zahnstange mit der oben beschriebenen Geometrie komplementäre Kontur aufweist.

Weiterhin wird im Anspruch 14 ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange mit der oben beschriebenen Geometrie vorgeschlagen, wobei der Zahnstangenrücken erfindungsgemäß geschmiedet oder kaltumgeformt wird und bevorzugt durch Gesenkschmieden hergestellt wird. Besonders bevorzugt ist es, die Zahnstange aus einem Rundmaterial herzustellen. Auf diese Weise wird eine kostengünstige Herstellung in effizienter Weise erreicht. Allerdings ist es denkbar und möglich, die Zahnstange auch durch ein spanendes Verfahren, bevorzugt durch Profilschleifen herzustellen.

Kurze Beschreibung der Figuren

Bevorzugte weitere Ausführungsformen und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine schematische Ansicht einer Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug;

Figur 2 eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer

herkömmlichen Zahnstange gemäß dem Stand der Technik;

Figur 3 eine schematische perspektivische Darstellung der Zahnstange aus Figur 2 mit einem Lenkritzel und einem Druckstück;

Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Zahnstange und ein Druckstück im

Bereich der Verzahnung der Zahnstange in einer weiteren Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik;

Figur 5 eine schematische Querschnittsansicht einer Zahnstange gemäß einem ersten

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Figur 6 eine schematische Querschnittsansicht einer Zahnstange gemäß einem zweiten

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Figur 7 eine schematische Querschnittsansicht einer Zahnstange in einem dritten

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Figur 8 eine schematische Querschnittsansicht einer Zahnstange in einem vierten

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Figur 9 eine schematische Querschnittsansicht einer Zahnstange in einem fünften

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunqsbeispiele

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen bezeichnet und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird in der nachfolgenden Beschreibung teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.

Figur 1 zeigt schematisch eine Lenkvorrichtung 100 für ein Kraftfahrzeug. Die Lenkvorrichtung 100 umfasst ein Lenkrad 101 , welches mit einer Lenkwelle 102 verbunden ist, wobei der Fahrer des Kraftfahrzeugs über das Lenkrad 101 die gewünschte Lenkbewegung ausüben kann.

An der Lenkwelle 102 ist drehfest ein Lenkritzel 103 angebracht, welches mit einem

Verzahnungsbereich 105 einer Zahnstange 104 kämmt. Die Zahnstange 104 ist in einem

Lenkungsgehäuse 106 in Richtung ihrer Längsachse verschieblich gelagert. Ein Druckstück 108 ist vorgesehen, welches eine ebenfalls verschiebliche Lagerung der Zahnstange 104 an einem dem Lenkritzel 103 und dem Verzahnungsbereich 105 gegenüberliegenden Zahnstangenrücken der Zahnstange 104 ermöglicht. Entsprechend weist das Druckstück 108 eine zu dem

Zahnstangenrücken komplementäre Führungsfläche zur Führung des Zahnstangenrückens auf. Über das Druckstück 108 werden die von der kämmenden Verzahnung zwischen dem Lenkritzel 103 und dem Verzahnungsbereich 105 aufgebrachten und senkrecht zur Längsachse der

Zahnstange 104 gerichteten Kraftkomponenten so abgestützt, dass die Verzahnung stets sicher in Eingriff gehalten wird. Mit beiden Enden der Zahnstange 104 sind Spurstangen 107 über nicht dargestellte Kugelgelenke direkt oder indirekt verbunden, wobei die Spurstange 107 in bekannter Weise über Achsschenkel mit je einem gelenkten Rad des Kraftfahrzeugs verbindbar ist, um die vom Fahrer über das Lenkrad 101 aufgebrachte Lenkbewegung auf die gelenkten Räder zu übertragen. In weiteren bekannten Ausführungsformen sind zur Unterstützung des Fahrers bei der

Lenkbewegung unterschiedliche Kraftunterstützungseinrichtungen vorgesehen, beispielsweise auf die Zahnstange 104 oder auf die Lenkwelle 102 einwirkende elektrische Hilfsantriebe. In den Figuren 2 und 3 ist eine Zahnstange 104 gemäß dem Stand der Technik schematisch gezeigt, wobei die Zahnstange 104, wie sich aus der Figur 2 sofort ergibt, einen kreisrunden Querschnitt senkrecht zur Längsachse 1000 aufweist. Die Längsachse 1000 bildet entsprechend auch eine Rotationsachse aus, um welche herum sich die Zahnstange 104 in Richtung des gezeigten Pfeils 1 100 drehen kann.

Ein Verzahnungsbereich 105 ist an der Oberseite der Zahnstange 104 vorgesehen, welcher sich nicht über die gesamte Längserstreckung der Zahnstange 104 hinweg erstreckt, sondern lediglich in einem begrenzten Abschnitt D bezüglich der Längserstreckung der Zahnstange 104 vorgesehen ist.

Über einen Eingriff des Lenkritzels 103, welches mit der Lenkwelle 102 drehfest verbunden ist, findet entsprechend eine Translationsbewegung der Zahnstange 104 in Richtung des Pfeils 1200 statt.

Um die durch den kämmenden Eingriff zwischen dem Lenkritzel 103 und dem verzahnten Abschnitt 105 aufgebrachten Kräfte, welche radial zur Längsachse 1000 der Zahnstange 104 wirken, abzustützen, ist ein Druckstück 109 vorgesehen, welches gegenüberliegend dem

Verzahnungsbereich 105 der Zahnstange 104 angeordnet ist, um entsprechend mit dem

Zahnstangenrücken 1300 in Eingriff zu kommen und das Lenkritzel 103 entsprechend mit dem Verzahnungsbereich 105 in Eingriff zu halten. Ein elastisches Element 1 10 spannt das Druckstück 109 entsprechend vor.

Die in den Figuren 2 und 3 gezeigten Geometrien der Verzahnungen des Verzahnungsbereiches 105 beziehungsweise des Lenkritzels 103 sind lediglich exemplarisch zu verstehen. Die Abstände, die Schrägstellungen und/oder die Formen der Verzahnungen können von den in den Figuren 2 und 3 gezeigten abweichen. Sie können auch über den begrenzten Abschnitt D des verzahnten Abschnittes 105 hinweg variieren, wobei dann von variabel verzahnten Zahnstangen 104 gesprochen wird.

Da der Zahnstangenrücken 1300 der Zahnstange 104 in den Figuren 2 und 3 eine

kreisbogenförmige Kontur und damit einen kreisbogenförmigen Querschnitt aufweist, dessen Radienmittellinie mit der Längsachse 1000 der Zahnstange 104 zusammenfällt, kann es durch das Einbringen eines Drehmoments über das Lenkritzel 103 zu einer Rotation der Zahnstange 104 um die Längsachse 1000 herum kommen, so wie es beispielsweise in Figur 2 über den Pfeil 1 100 angedeutet ist.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß dem Stand der Technik ist in Figur 4 eine

Zahnstange 104' gezeigt, welche einen so genannten D-förmigen Querschnitt aufweist. Der Radius r der kreisbogenförmigen Kontur des Zahnstangenrückens 1300, welcher in dem Druckstück 109 aufgenommen ist, fällt wiederum mit der Längsachse 1000 der Zahnstange 104' zusammen.

Entsprechend setzt auch diese Zahnstange 104' mit dem D-förmigen Querschnitt kein abstützendes Moment einem möglichen Eintrag eines Drehmomentes entgegen. Vielmehr kann beim Eintrag eines Drehmomentes entsprechend wiederum eine Rotation in Richtung des Pfeils 1 100 ungehemmt stattfinden, so dass eine AbStützung der entsprechenden Drehmomente über diese Geometrie nicht stattfinden kann.

Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch eine Zahnstange 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Zahnstange 2 weist einen Verzahnungsbereich 20 auf, welcher zum Eingriff mit einer Ritzelverzahnung 7 eines Lenkritzels 6 dient. Das Lenkritzel 6 ist mit der Lenkwelle 8 verbunden und kann in üblicher Weise durch einen in der Figur nicht gezeigten Fahrer über ein ebenfalls nicht gezeigtes Lenkrad um seine Achse gedreht werden, um entsprechend eine Lenkbewegung auszuführen. Der dem Verzahnungsbereich 20 der Zahnstange 2

gegenüberliegende Zahnstangenrücken 22 ist in einem Druckstück 3 geführt. Das Druckstück 3 weist dabei eine entsprechend der Kontur des Zahnstangenrückens 22 komplementäre Führung 30 auf, welche den Zahnstangenrücken 22 verschiebbar aufnimmt. Die Zahnstange 2 weist eine Längsachse 5 auf, welche auch Rotationsachse und Symmetrieachse der Zahnstange 2 ausbildet. Der Zahnstangenrücken 22 der Zahnstange 2 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine konkave Kontur in Form einer kreisbogenförmigen Kontur 220 auf, welche einen von einer entsprechenden Radienmittellinie 4 ausgehenden Abstand in Form des Radius R aufweist. Die Radienmittellinie 4 erstreckt sich dabei parallel zu der Längsachse 5 der Zahnstange 2, ist aber exzentrisch zu der Längsachse 5 der Zahnstange 2 angeordnet. In dem gezeigten

Ausführungsbeispiel liegt die Radienmittellinie 4 außerhalb der Zahnstange 2 auf der Seite des Verzahnungsbereiches 20 und sogar„hinter" dem Lenkritzel 7.

Die Radienmittellinie 4 ist entsprechend eine Längsachse 5 der Zahnstange 2 parallele, gedachte Linie, welche die Radienmittelpunkte der konvexen Kontur 220 zumindest über die Länge des mit dem Druckstück 3 kontaktierbaren Bereichs der Zahnstangenrückens 22 darstellt. Die Radienmittellinie 4 erstreckt sich damit auch parallel zur Verschiebungsrichtung der Zahnstange 2 relativ zum Druckstück 3 und verändert ihre Position auch bei einer Verschiebung der Zahnstange 2 nicht.

Mit anderen Worten liegt der Verzahnungsbereich 20 zwischen der Radienmittellinie 4 der kreisbogenförmigen Kontur 220 und der Längsachse 5 (beziehungsweise der Rotationsachse oder der Symmetrieachse) der Zahnstange 2. Es ist dabei sogar denkbar und möglich, die

Radienmittellinie 4 derart auszuführen, dass das Lenkritzel 6 vollständig oder zumindest teilweise zwischen der Radienmittellinie 4 und der Längsachse 5 angeordnet ist.

Entsprechend kann für den Fall, dass mittels des Lenkritzels 6 ein Drehmoment auf die Zahnstange 2 aufgebracht wird, welches bei einer anderen Kontur des Zahnstangenrückens in einer Rotation der Zahnstange 2 um die Längsachse 5 der Zahnstange 2 herum resultieren würde, ein solches Drehmoment eine Drehung der Zahnstange 2 in der gezeigten Ausführungsform nicht hervorrufen, da eine gleichzeitige Rotation um die beiden potentiellen Drehachsen, nämlich um die durch die Radienmittellinie 4 vorgegebene Drehachse des Zahnstangenrückens 22 und um die durch die Geometrie der Zahnstange 2 vorgegebenen Längsachse 5 der Zahnstange 2, nicht durchführbar ist. Mit anderen Worten kann eine Rotation der Zahnstange 2 deshalb nicht stattfinden, weil eine gleichzeitige Drehung eines starren Körpers in Form der Zahnstange 2 um zwei nicht zueinander koaxiale Drehachsen nicht möglich ist.

Durch diese AbStützung der Kräfte in Drehrichtung der Zahnstange 2 um ihre eigene Achse an den Geometrien des Druckstücks wird der Anteil dieser Kräfte, welcher im Verzahnungseingriff zwischen der Zahnstange 2 und dem Lenkritzel 6 aufgenommen werden muss, zumindest wesentlich verringert, und wird bevorzugt auf 5% und besonders bevorzugt auf Null reduziert. Dadurch wird der Verzahnungseingriff und der Lauf bei der Verdrehung des Lenkritzels 6 wenig bis gar nicht durch die Drehmomente gestört. Dies gilt analog auch für die weiteren

Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Die in Figur 5 gezeigte Zahnstange 2 weist ein einfaches Querschnittsprofil auf, welches eine einfache Herstellung ermöglicht und sich geometrisch im Wesentlichen aus dem ursprünglichen kreisförmigen Profil des Rundmaterials zusammensetzt, aus welchem die Zahnstange hergestellt wird, kombiniert mit der kreisbogenförmigen Kontur 220 des Zahnstangenrückens 22. Die kreisbogenförmige Kontur 220 des Zahnstangenrückens 22 lässt sich mittels Kaltumformen oder mittels Gesenkschmieden auf einfache Weise herstellen. Insbesondere ist keine spanende Bearbeitung des Ausgangsmaterials notwendig, um die entsprechende Gestaltung des

Querschnitts der Zahnstange 2 und insbesondere die kreisbogenförmige Kontur 220 des

Zahnstangenrückens 22 zu erzeugen. Damit lässt sich auf diese Weise eine Zahnstange 2 herstellen, welche einfach und kostengünstig herzustellen ist, gleichzeitig aber eine effektive Sicherung gegen ein Verdrehen und entsprechend ein effektives Abstützen von beispielsweise über ein Lenkritzel beziehungsweise über Unterstützungsvorrichtungen eingetragene Drehmomente bereitstellt.

Eine kreisbogenförmige Kontur kann durch eine stetig differenzierbare Kurve beschrieben werden, welche Abstände von einer Radienmittellinie in Form des Radius der kreisbogenförmigen Kontur aufweist.

Die Radienmittellinie 4 ist exzentrisch bezüglich der Längsachse 5 der Zahnstange 2 angeordnet.

Bei der Ausbildung der Zahnstange 2 ist es notwendig, die Kontur 220 über die Länge des

Zahnstangenrückens 22 hinweg, welcher mit dem Druckstück 3 kontaktierbar ist, konstant zu halten, um ein leichtgängiges Verschieben der im Druckstück 3 geführten Zahnstange 2 entlang der Längsachse 5 der Zahnstange 2 beim Aufbringen einer Lenkbewegung zu ermöglichen. Die Radienmittellinie 4 ist dabei parallel zu der Längsachse 5 der Zahnstange 2 geführt.

Mit anderen Worten verändert sich die Kontur 220 des Zahnstangenrückens 22 zumindest über die Länge, welche mit dem Druckstück 3 kontaktierbar ist, nicht. Entsprechend ist die Kontur des Zahnstangenrückens 22 zumindest in diesem Bereich durch parallel zueinander angeordnete Linien darstellbar, wobei sich die parallelen Linien auch parallel zur Längsachse 5 der Zahnstange 2 und parallel zur Radienmittellinie 4 erstrecken.

Damit bleibt auch der in der Schnittdarstellung der Figur 5 gezeigte Abstand zwischen der

Längsachse 5 und der Radienmittellinie 4 zumindest über die Länge, welche mit dem Druckstück 3 kontaktierbar ist, nicht.

In Figur 6 wird ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Zahnstange 2' gezeigt, welche in einem Druckstück 3 geführt ist. Das Druckstück 3 weist wiederum eine Führung 30 auf, welche komplementär zu dem Zahnstangenrücken 22 der Zahnstange 2' ausgebildet ist und für eine Führung der Zahnstange 2' und gleichzeitig für eine in Längsrichtung der Zahnstange 2' verschiebliche Lagerung sorgt. Die Zahnstange 2' weist wiederum einen Verzahnungsbereich 20 auf, welcher zum Eingriff mit einer Ritzelverzahnung 7 eines Lenkritzels 6 dient.

Der Zahnstangenrücken 22 weist wiederum eine glatt-konvexe Kontur in Form einer

kreisbogenförmigen Kontur auf, welche hier über zwei kreisbogenförmige Konturen 220' ausgebildet wird. Die jeweiligen kreisbogenförmigen Konturen 220' weisen jeweils eine

Radienmittellinie 4' auf, welche außerhalb des Volumens der Zahnstange 2' liegen und

entsprechend wieder exzentrisch bezüglich der Längsachse 5 der Zahnstange 2' angeordnet sind.

Auch in diesem in Figur 6 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt entsprechend der

Verzahnungsabschnitt 20 in einer Ebene, welche zwischen der durch die Radienmittellinien 4' gebildeten Ebene und einer parallel dazu ausgebildeten Ebene durch die Längsachse 5 der Zahnstange 2' liegt. Entsprechend kann auch hier eine Rotation der Zahnstange 2' um die drei potentiellen Rotationsachsen nicht gleichzeitig stattfinden. Damit wird ein über den

Verzahnungsabschnitt 20 eingetragenes Drehmoment, welches beispielsweise über das Lenkritzel 6 eingetragen wird, beziehungsweise ein Drehmoment, welches über einen Unterstützungsantrieb eingetragen wird, entsprechend so abgestützt, dass es weder zu einem Verkippen noch zu einer Verdrehung der Zahnstange 2' in dem Druckstück 3 kommen kann. Dadurch wird, wie bereits oben beschrieben, die Abstützungskraft zur AbStützung des Drehmomentes, welche durch den

Verzahnungseingriff zwischen Zahnstange 2 und Lenkritzel 6 aufgenommen werden muss, wiederum wesentlich verringert. Es ist in diesem Ausführungsbeispiel denkbar und möglich, die Radienmittellinien 4 und 4' derart auszuführen, dass das Lenkritzel 6 vollständig oder zumindest teilweise zwischen der durch die Radienmittellinien 4 und 4' gebildeten Ebene und der Längsachse 5 angeordnet ist.

In dem in Figur 7 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Druckstück 3 wiederum eine Führung 30 auf, welche die Zahnstange 2" an deren Zahnstangenrücken 22 führt. Es ist wiederum eine glattkonvexe Kontur in Form einer kreisbogenförmigen Kontur 220" am Zahnstangenrücken 22 vorgesehen, welche jeweils eine Radienmittellinie 4" aufweist, die auf der Oberfläche der

Zahnstange 2" angeordnet ist. Die Zahnstange 2 weist wiederum einen Verzahnungsbereich 20 auf, welcher zum Eingriff mit einer Ritzelverzahnung 7 eines Lenkritzels 6 dient. Die Zahnstange 2" ist dabei so ausgebildet, dass ein mögliches Kippmoment, welches die

Zahnstange 2" um die Kippachse 32 der Führung 30 des Druckstückes 3 rotieren würde, durch die kreisbogenförmige Kontur 220"' abgestützt wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Radius R" der kreisbogenförmigen Kontur 220" größer als ein Radius x, welcher notwendig wäre, um eine hinterschnittfreie Rotation der Zahnstange 2" um die Kippachse 32 zu ermöglichen. Mit anderen Worten wird über die Ausbildung der kreisbogenförmigen Kontur 220" in dem

beschriebenen Ausführungsbeispiel ein tangentialer Hinterschnitt der Zahnstange 2" ausgebildet, welcher ein Verkippen beziehungsweise eine Rotation der Zahnstange 2" verhindert.

Der Radius x, welcher ein Verkippen der Zahnstange 2" um die jeweilige Kippachse 32 des Druckstückes 3 ermöglichen würde, entspricht hier der Breite d der Zahnstange 2" in der Führung 30. Entsprechend kann auch in diesem Ausführungsbeispiel wiederum durch die Ausbildung einer exzentrischen Anordnung der kreisbogenförmigen Kontur 220" beziehungsweise eine exzentrische Anordnung der jeweiligen Radienmittellinien 4" der kreisbogenförmigen Kontur 220" erreicht werden, dass ein Verkippen der Zahnstange 2" innerhalb des Druckstückes 3 vermieden wird und insbesondere ein tangentialer Hinterschnitt in dem Druckstück 3 durch die Führung 30 bereitgestellt wird, so dass eine Drehung der Zahnstange 2" um die Rotationsachse 5 oder um die Kippachse 32 vermieden werden kann.

Dadurch wird, wie bereits oben beschrieben, die Abstützungskraft zur AbStützung des

Drehmomentes, die durch den Verzahnungseingriff zwischen Zahnstange 2 und Lenkritzel 6 aufgenommen werden muss, wiederum wesentlich verringert.

Durch die hinterschnittfreie Ausbildung der konvexen Kontur beziehungsweise des gesamten Zahnstangenrückens 22 ermöglicht es, die Zahnstange 2 auf eine einfache Weise in das

Druckstück 3 einzusetzen. Die Zahnstange 2 kann insbesondere einfach von oben in das

Druckstück 3 eingelegt werden und ist dann sofort einsatzbereit.

In Figur 8 wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Zahnstange 42 gezeigt, welche mit ihrem Zahnstangenrücken 422 in einer zu diesem komplementären Führung 430 in einem

Druckstück 43 entlang der Längsachse 5 der Zahnstange 42 verschieblich aufgenommen ist. Der Zahnstangenrücken 422 umfasst eine im Querschnitt zu der Längsachse 5 der Zahnstange 42 konvexe Kontur 420. Diese konvexe Kontur 420 lässt sich durch eine Kurve beschreiben, welche stetig differenzierbar ist. Entsprechend handelt es sich um eine glatt-konvexe Kontur 420.

Die die glatt-konvexe Kontur 420 beschreibende Kurve weist über ihren Verlauf hinweg Abstände R4 von einer Radienmittellinie 44 auf, wobei die Radienmittellinie 44 exzentrisch zu der Längsachse 5 der Zahnstange 42 angeordnet ist und in dem gezeigten Ausführungsbeispiel außerhalb des durch die Zahnstange 42 definierten Volumens liegt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegt die Radienmittellinie 44 sogar hinter dem Lenkritzel 6.

Die Abstände R4 zu dem Radienmittelpunkt 44, welche die Kurve entlang der glatt-konvexen Kontur 420 aufweist, sind entlang der glatt-konvexen Kontur 420 größer oder gleich einem minimalen Radius R4min und kleiner oder gleich einem maximalen Radius R4max. Dabei sind der minimale Radius R4min und der maximale Radius R4max so bestimmt, dass die Zahnstange 42 hinterschnittfrei senkrecht zu ihrer Längsachse 5 in das Druckstück 43 einlegbar ist.

In Figur 9 wird noch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Zahnstange 52 gezeigt, welche in eine zu dieser komplementären Druckstück 53 eingelegt ist. Die Zahnstange 52 ist entlang ihrer Längsachse 5 verschieblich in einer zu dieser komplementären Führung 530 des Druckstücks 53 aufgenommen, um entsprechend durch eine Verschiebung eine Lenkbewegung übertragen zu können. Der Zahnstangenrücken 522 umfasst zwei Bereiche mit einer im Querschnitt zu der Längsachse 5 der Zahnstange 52 glatt-konvexen Kontur 520. Diese glatt-konvexe Kontur 520 lässt sich jeweils durch eine Kurve beschreiben, welche stetig differenzierbar ist.

Jede eine glatt-konvexe Kontur 520 beschreibende Kurve weist über ihren Verlauf hinweg Abstände R5 von einer Radienmittellinie 54 auf. Entsprechend sind zwei Radienmittellinien 54 vorgesehen, welche jeweils einen Ausgangspunkt für die Abstände zu jeweils einer der die glatt-konvexe Kontur beschreibenden Kurven ausbilden. Die Radienmittellinien 54 sind exzentrisch zu der Längsachse 5 der Zahnstange 52 angeordnet und liegen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel außerhalb des durch die Zahnstange 42 definierten Volumens. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegen die Radienmittellinien 54 hinter dem Lenkritzel 6 und auf den jeweils der jeweiligen konvexen Kontur 520 entgegen gesetzten Seiten der Zahnstange 52. Die Abstände R5 zu den Radienmittelpunkten 54, welche die Kurve entlang der konvexen Konturen 520 aufweist, sind entlang der glatt-konvexen Konturen 420 größer oder gleich einem minimalen Radius R5min und kleiner oder gleich einem maximalen Radius R5max. Dabei sind der minimale Radius R5min und der maximale Radius R5max so bestimmt, dass die Zahnstange 52

hinterschnittfrei senkrecht zu ihrer Längsachse 5 in das Druckstück 53 und insbesondere in die Führung 530 des Druckstücks 53 einlegbar ist.

Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den einzelnen Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Bezuqszeichenliste

100 Lenkvorrichtung

101 Lenkrad

102 Lenkwelle

103 Lenkritzel

104, 104' Zahnstange

105 Verzahnungsbereich

106 Lenkungsgehäuse

107 Spurstange

108 Druckstück

109 Druckstück

110 elastisches Element

1000 Längsachse

1100 Rotationsrichtung

1200 Translationsrichtung

1300 Zahnstangenrücken

2, 2", 2" Zahnstange

20 Verzahnungsbereich

22 Zahnstangenrücken

220, 220', 220" kreisbogenförmige Kontur

3 Druckstück

30 Führung

32 Kippachse

4, 4', 4" Radienmittellinie

42 Zahnstange

43 Druckstück

44 Radienmittellinie

420 konvexe Kontur

422 Zahnstangenrücken

430 Führung

5 Längsachse

52 Zahnstange 53 Druckstück

54 Radienmittellinie

520 konvexe Kontur

522 Zahnstangenrücken

530 Führung

6 Lenkritzel

7 Ritzelverzahnung

8 Lenkwelle

D Abschnitt des Verzahnungsbereiches im Stand der Technik

R, R', R" Radius der kreisbogenförmigen Kontur

R4, R5 Abstand der konvexen Kontur

R4min, R5min minimaler Abstand der konvexen Kontur

R4max, R5max maximaler Abstand der konvexen Kontur x Radius um Kippachse

d Breite der Zahnstange in der Führung

r Radius der kreisbogenförmigen Kontur im Stand der Technik