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Title:
RACK-AND-PINION STEERING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/104063
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a rack-and-pinion steering device (1), particularly for a motor vehicle, comprising a housing (2) and a pinion (3) which is rotatably mounted in the housing (2). A toothing (15) of a steering rack (4) which is mounted in an axially displaceable manner within the housing (2) meshes with said pinion. In order to prevent the rack-and-pinion steering device (1) from wearing out by running dry at high steering torques or steering speeds, the housing (2) of the rack-and-pinion steering device is provided with an oil filling used for lubricating and cooling purposes. If steering is power-assisted by means of an electric motor, the associated gear trains are also provided with an oil filling.

Inventors:
JOACHIM FRANZ-JOSEF (DE)
HAFERMALZ JENS-UWE (DE)
SCHAENZEL RAINER (DE)
BENKLER KARL (DE)
SPECHT HARTMUT (DE)
OCKER HERMANN (DE)
Application Number:
PCT/EP2003/005734
Publication Date:
December 18, 2003
Filing Date:
May 31, 2003
Export Citation:
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Assignee:
ZF LENKSYSTEME GMBH (DE)
JOACHIM FRANZ-JOSEF (DE)
HAFERMALZ JENS-UWE (DE)
SCHAENZEL RAINER (DE)
BENKLER KARL (DE)
SPECHT HARTMUT (DE)
OCKER HERMANN (DE)
International Classes:
B62D3/12; B62D5/04; (IPC1-7): B62D3/12; F16N7/14
Foreign References:
DE1915219A11970-08-20
DE19947510A12001-04-05
EP1167158A12002-01-02
Other References:
REIMPELL: "Fahrwerktechnik: Lenkung Seiten/pages 70 - 90: '3.1 Zahnstangenlenkung'", 1984, VOGEL-BUCHVERLAG, WÜRZBURG, XP002253670
Attorney, Agent or Firm:
ZF LENKSYSTEME GMBH (Richard-Bullinger-Strasse 77, Schwäbisch Gmünd, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Zahnstangenlenkung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Lenkgehäuse (2) und einem Ritzel (3), das in das Lenkgehäuse (2) eingesetzt ist, und mit einer Zahnstange (4), die in Abhängigkeit von einer Drehung des Ritzels (3) in dem Lenkgehäuse (2) axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgehäuse (2) eine ausschließlich zu Schmierund Kühlzwecken dienende Ölfüllung (5) aufweist, wobei das Öl der Ölfüllung (5) für einen Betriebsbereich von etwa40°C bis 130°C geeignet ist.
2. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstangenlenkung (1) als elektrische Servooder Hilfskraftlenkung ausgebildet ist und durch ein Getriebe mit Elektromotor unterstützt ist.
3. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe des Elektromotors eine Ölfüllung aufweist.
4. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgehäuse (2) und das Getriebe des Elektromotors gleiche oder unterschiedliche Ölfüllstände aufweisen.
5. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Ritzel (3) und ein Zahnrad jeder Stufe des Getriebes des Elektromotors in Öl taucht.
6. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ölfüllung (5) die Lagerstellen in dem Lenkgehäuse (2) und dem Ge triebe geschmiert sind.
7. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ritzellagerung am Lenksäuleneingang (6) des Lenkgehäuses (2) mit einem Wellendichtring (7) zur Umgebung abgedichtet ist.
8. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckstück (8) zur Anlage der Zahnstange (4) an das Ritzel (3) in einer Bohrung (9) des Lenkgehäuses (2) gleitend gelagert ist und mit einem ORing (10) zum Lenkgehäuse (2) abgedichtet ist.
9. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgehäuse (2) axial über einen Faltenbalg (11,11') zwischen dem Lenkgehäuse (2) und einer Spurstange (12) abgedichtet ist.
10. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenk gehäuse (2) und die Spurstange (12) mit je einem ORing zu dem Falten balg (11, 11') abgedichtet ist.
Description:
Zahnstangenlenkung Zahnstangenlenkungen, die auch als Zahnstangen-Hydrolenkungen oder elektrische Servo-oder Hilfskraftlenkungen ausgebildet sein können, sind aus"Fahrwerktechnik : Lenkung"J. Reimpell, Vogel-Buchverlag 1984, S. 70-90 bekannt.

Die Zahnstangenlenkung ist im wesentlichen aus einem zylinderförmigen Lenkgehäuse gebildet, in dem eine Zahnstange axial verschieblich angeordnet ist. Ein als Ritzel aus- gebildetes Ende einer Lenksäule ist in axialer Richtung des Lenkgehäuses mittig oder seitlich in einer Bohrung des Lenkgehäuses über eine Ritzellagerung gelagert. Das Rit- zel kämmt mit der Zahnstange. Ein in einer Axialführung des Lenkgehäuses eingesetz- tes Druckstück hält das Ritzel in Anlage an der Zahnstange.

Derartige Lenkgetriebe mit Schiebebewegung sind in bekannter Weise mit einer Schmierfettfüllung versehen. Treten im Betrieb hohe Lenkmomente und Lenkgeschwin- digkeiten auf, so kann es zu erhöhtem Verschleiß, Fressen oder gar zu Grübchenbil- dung kommen. Das Lenkspiel vergrößert sich dadurch und es ergeben sich störende Betriebsgeräusche.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnstangenlenkung der gattungsge- mäßen Art so weiterzubilden, dass Verschleiß der Zahnstangenlenkung minimiert ist.

Die Aufgabe wird mit einer Zahnstangenlenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Um die Schmierung der Zahnstangenlenkung in dem gesamten Temperaturbereich von etwa 40°C bis 130°C, in dem die Zahnstangenlenkung betrieben werden kann, zu ver- bessern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, das Lenkgehäuse mit einer Ölfüllung zu versehen. Die Ölfüllung dient dabei Schmier-und Kühlzwecken.

Insbesondere bei elektrischen Servo-oder Hilfskraftlenkungen ist dem Lenkgetriebe mit Schiebebewegung ein Getriebe eines Elektromotors zugeordnet, wobei das Getriebe des Elektromotors in dem Lenkgehäuse aufgenommen sein kann. Es ist zweckmäßig, das Getriebe des Elektromotors mit der Ölfüllung mit Schmierstoff mitzuversorgen. Um Planschverluste in dem Getriebe des Elektromotors zu minimieren kann es zweckmäßig sein, die Ölfüllstände des Lenkgehäuses und des Getriebes des Elektromotors unter- schiedlich zu wählen. Es ist jedoch zweckmäßig, das Ritzel und je ein Zahnrad jeder Stufe des Getriebes des Elektromotors in Öl tauchen zu lassen.

Die Zahnstangenlenkung mit dem Getriebe für den Elektromotor ist somit mit einer Tauchschmierung, bevorzugt mit Vorkehrungen zur Lagerschmierung aller Lager in dem Lenkgehäuse und dem Getriebe des Elektromotors ausgebildet.

In Abhängigkeit von der Eintauchtiefe der Zahnräder können gefettete Öle oder Hoch- druckgetriebeöle angewandt werden. Gefettete Öle ergeben eine Verbesserung der Haftung an den Zahnflanken-Oberflächen. Das Öl, welches in einem Temperaturbe- reich von 40°C bis 130°C einsetzbar sein soll, dient ferner zur Wärmeabfuhr vom Ge- triebe des Elektromotors an das Lenkgehäuse. Zudem ist die notwendige Verschiebe- kraft der Zahnstange, insbesondere beim Betrieb der Zahnstangenlenkung ohne Ser- vounterstützung durch diese konstruktive Maßnahme minimiert.

Zur Abdichtung des Lenkgehäuses der Zahnstangenlenkung am Lenksäuleneingang ist die Ritzellagerung mit einem Wellendichtring zur Umgebung des Lenkgehäuses abge- dichtet. Zur Spielfreistellung der Verzahnung zwischen Ritzel und Zahnstange ist ein Druckstück in einer Bohrung des Lenkgehäuses angeordnet, wobei es zweckmäßig ist, das Druckstück und/oder dessen Deckel mit O-Ringen abzudichten.

Zur axialen Abdichtung des Lenkgehäuses eignet sich ein Faltenbalg, der den Bereich zwischen dem jeweiligen axialen Ende des Lenkgehäuses und einer Spurstange ab- dichtet. Die Spurstange und/oder das Lenkgehäuse können zu dem Faltenbalg über einen O-Ring zusätzlich abgedichtet werden, um über den gesamten Temperaturbe- reich eine sichere Dichtung zu erreichen.

Die Anwendung einer Ölfüllung in dem Lenkgehäuse und dem Getriebe eines Elektro- motors als Hilfskraft-oder Servomotor hat zudem den Vorteil, dass Maschinenelemente aus Kunststoff in der Zahnstangenlenkung durch die Ölfüllung gut konditioniert sind und konstantere mechanische Eigenschaften aufweisen. Der Verschleiß der Bauteile ist minimiert und Geräuschemissionen der Zahnstangenlenkung vermindert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung gezeigt.

In der Zeichnung zeigt : Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Lenkgehäuse einer Zahnstangenlenkung Fig. 2 einen Querschnitt durch das Lenkgehäuse entlang der Linie II-II in Fig. 1.

In Figur 1 ist ein Längsschnitt durch ein Lenkgehäuse 2 einer Zahnstangenlenkung 1 gezeigt. Das Lenkgehäuse 2 ist als zylinderförmiges Druckgussgehäuse ausgebildet und weist an seinen axialen Enden je ein Lager 13, 13', für eine Zahnstange 4 auf. Die Zahnstange 4 durchragt das Lenkgehäuse 2 und ist an ihren axialen Enden gelenkig mit je einer Spurstange 12, 12', verbunden, die in Abhängigkeit von der gewählten Achskonstruktion über weitere Lenkhebel für eine entsprechende Schwenkbewegung lenkbarer Räder eines Kraftfahrzeugs sorgen. Das Lenkgehäuse 2 ist mit je einem Fal- tenbalg 11, 11', der je das axiale Ende des Lenkgehäuses 2 und eine Spurstange 12, 12' dichtend umgreift, gegenüber der Umgebung abgedichtet. Die Zahnstange 4 ist aus einem einseitig abgeflachten Rundstahl gebildet, in deren Abflachung eine Verzah- nung 15 eingearbeitet ist. Die der Verzahnung 15 gegenüberliegende Seite der Zahn- stange 4 dient als Gleitfläche zur Abstützung der Zahnstange 4 mit einer Anpressein- richtung 16. Die Anpresseinrichtung 16 ist in bekannter Weise aus einem federbelaste- ten Druckstück 8, welches in einer etwa quer zur Längsachse 17 des Lenkgehäuses 2 verlaufenden Bohrung 9 gleitend gelagert ist, gebildet. Das Druckstück 8 preßt die Zahnstange 4 zur Spielfreistellung an die Evolventenverzahnung des Ritzels 3 (vgl.

Fig. 2). Das Ritzel 3 und das Druckstück 8 bilden das Lager 13 für die Zahnstage 4. Das Ritzel 3 ist in einem Lager 18 an einem Lenkspindelanschluß 19 in einem Lenksäulen- eingang 6 des Lenkgehäuses gelagert. Zudem ist ein Lager 14 an dem, dem Lenkspin- delanschluß 19 abgewandten Ende des Ritzels 3 im Lenkgehäuse 2 angeordnet und durch das Lenkgehäuse 2 selbst gegen die Umgebung abgedichtet. Damit ist das Ritzel axial und radial festgelegt. Das Ritzel 3 greift so in die Verzahnung 15 der Zahnstange 4 ein, dass es bei einer Drehung die Zahnstange 4 zur axialen Verschiebung in dem Lenkgehäuse veranlasst.

Ist die Zahnstangenlenkung 1 nicht rein mechanisch, sondern als elektrische Servo- oder Hilfskraftlenkung ausgelegt, so kann mit dem Lenkgehäuse ein Getriebegehäuse eines Getriebes eines Elektromotors verbunden sein.

Zur Verringerung des Verschleißes der Zahnstangenlenkung ist das Lenkgehäuse 2 und das Getriebegehäuse des Getriebes für den Elektromotor mit einer Ölfüllung 5 versehen. Die Schmierung ist in dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungs- beispiel als Tauchschmierung ausgeführt, wobei sichergestellt ist, dass zumindest das Ritzel 3, oder die Verzahnung 15 in Öl taucht. Bei dem nicht gezeigten Getriebe des Elektromotors taucht zumindest ein Zahnrad einer jeden Getriebestufe in Öl.

Es kann zweckmäßig sein, die Ölfüllstände des Lenkgehäuses und des Getriebes des Elektromotors unterschiedlich zu wählen um Planschverlust zu minimieren. Das Öl ist

geeignet, seine Schmierfähigkeit bei Temperaturen von etwa-40°C bis 130°C aufrecht zu erhalten. Durch die Ölfüllung. ist gewährleistet, dass auch bei hohen Pressungen an den Zahnflanken, beispielsweise bei hohen Lenkgeschwindigkeiten ein ausreichend hoch belastbarer Schmierfilm an den Zahnflanken zur Verfügung steht.

Die Wärmeabfuhr von der Zahnstangenlenkung ist zudem durch die Ölfüllung verbes- sert. Die Zahnstangenlenkung ist im Betrieb geräuscharm. Durch die Ölfüllung 5 wer- den auch die Lagerstellen aller beweglichen Getriebeteile geschmiert. Zur Abdichtung des Lenkgehäuses im Druckstückbereich ist ein O-Ring 10 in einer Umfangsnut 20 des Druckstücks 8 eingesetzt und dichtet das Druckstück zu der Bohrung 9 in der es glei- tend in dem Lenkgehäuse 2 gelagert ist, ab. Ein weiterer O-Ring 21 dichtet den Deckel 22 am Druckstück 8 und damit das Lenkgehäuse 2 gegen Ölverluste in diesem Bereich ab. Die Ritzellagerung am Lenksäuleneingang 6 ist gegenüber dem Lenkgehäuse 2 durch eine Wellendichtung 7 abgedichtet.

BEZUGSZEICHENLISTE 021e 1 Zahnstangenlenkung 26 2 Lenkgehäuse 27 3 Ritzel 28 4 Zahnstange 29 5 Ölfüllung 30 6 Lenksäuleneingang 31 7 Wellendichtring 32 8 Druckstück 33 9 Bohrung 34 10 O-Ring 35 11, 11' Faltenbalg 36 12, 12' Spurstange 37 13, 13' Lager 38 14 Lager 39 15 Verzahnung 40 16 Anpresseinrichtung 41 17 Längsachse von 2 42 18 Lager 43 19 Lenkspindelanschluß 44 20 Umfangsnut 45 21 O-Ring 46 22 Deckel 47 23 48 24 49 25 50




 
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