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Title:
RACK-AND-PINION STEERING HOUSING HAVING AN INTEGRATED SLIDING BLOCK
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/198518
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a rack-and-pinion steering housing (8) for installation into a rack-and-pinion steering system for motor vehicles, in which a rotatably mounted steering pinion engages via a toothing system into a tooth region of a rack (51) in such a way that a rotation of the steering pinion leads to a displacement of the rack (51) in the direction of the longitudinal axis thereof, wherein the sliding block (10) is configured in such a way that the rack (51) can be pressed against the steering pinion via the sliding block (10), to which end the sliding block (10) can be moved in a movement direction (50) which runs transversely with respect to the longitudinal axis of the rack (51). According to the invention, the sliding block (10) is moulded fixedly onto the rack-and-pinion steering housing (8) and can be pivoted elastically in the movement direction (50).

Inventors:
MÜLLER, Jens-Hauke (Schützenstr. 15, Velbert, 42553, DE)
Application Number:
EP2016/063147
Publication Date:
December 15, 2016
Filing Date:
June 09, 2016
Export Citation:
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Assignee:
TEDRIVE STEERING SYSTEMS GMBH (Henry-Ford II Str. 15, Wülfrath, 42489, DE)
International Classes:
B62D3/12; F16H55/28
Domestic Patent References:
WO2013113795A12013-08-08
Foreign References:
EP1063148A12000-12-27
US20120318086A12012-12-20
EP0090697A21983-10-05
GB953793A1964-04-02
DE19717797A11998-10-29
Attorney, Agent or Firm:
BAUER - VORBERG - KAYSER (Goltsteinstr. 87, Köln, 50968, DE)
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Claims:
Patentansprüche:

1. Zahnstangenlenkgehause (8) zum Einbau in eine Zahnstangenlenkung für

Kraftfahrzeuge, bei der ein drehbar gelagertes Lenkritzel über eine Verzahnung in einen Zahnbereich einer Zahnstange (51 ) derart eingreift, dass eine Drehung des Lenkritzels zu einer Verschiebung der Zahnstange (51 ) in Richtung ihrer Längsachse führt, wobei der Gleitstein (10) so ausgestaltet ist, dass die

Zahnstange (51 ) über den Gleitstein (10) gegen das Lenkritzel drückbar ist, wozu der Gleitstein (10) in einer Bewegungsrichtung (50) bewegbar ist, die quer zur Längsachse der Zahnstange (51 ) verläuft,

dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitstein (10) fest an das

Zahnstangenlenkgehäuse (8) angeformt und in Bewegungsrichtung (50) elastisch schwenkbar ist.

2. Zahnstangenlenkgehäuse (8) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Gleitstein (10) einen

Verbindungsbereich (11 ) aufweist, über den der Gleitstein (10) an eine

Innenwandung (21 ) eines Zahnstangeraums (20) des Zahnstangenlenkgehäuse (8) anschließt.

3. Zahnstangenlenkgehäuse (8) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (11 ) aus einem elastischen Material und der restliche Gleitstein (10) aus einem unelastischen Material besteht.

4. Zahnstangenlenkgehäuse (8) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Gleitstein (10) aus einem elastischen Material besteht.

5. Zahnstangenlenkgehäuse (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (13) eine Federkraft in Richtung der Zahnstange (51 ) auf den Gleitstein (10) aufbringt.

6. Zahnstangenlenkgehäuse (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (13) innerhalb des Gleitsteins (10) angeordnet ist und mit dem Zahnstangenlenkgehause (8) fest verbunden ist.

7. Zahnstangenlenkgehause (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (13) auf der von der Zahnstange (51 ) abgewandten Rückseite (15) des Gleitsteins (10) angeordnet ist, sich an einer Innenwandung (21 ) Zahnstangenlenkgehause (8) abstützt und gegen die Rückseite des Gleitsteins (10) drückt.

8. Zahnstangenlenkgehause (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitstein (10) und das

Zahnstangenlenkgehause (8) einstückig aus Kunststoff gefertigt sind.

9. Zahnstangenlenkgehause (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitstein (10) und das

Zahnstangenlenkgehause (8) einstückig aus Stahl gefertigt sind.

10. Zahnstangenlenkgehause (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitstein (10) eine konkave Vorderseite (17) aufweist, deren Krümmung der dem Gleitstein (10) zugewandten der Außenfläche der Zahnstange (51 ) angepasst ist.

11. Zahnstangenlenkgehause (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitstein (10) ein Dämpfungselement (19) aufweist.

12. Zahnstangenlenkgehäuse (8) nach Anspruch 11 ,

dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (19) an der konkaven Vorderseite (15) angeordnet ist.

13. Zahnstangenlenkgehäuse (8) nach Anspruch 11 oder zwölf, dadurch

gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (19) aus dilatanten Material gebildet ist.

Description:
Zahnstangenlenkgehäuse mit integriertem Gleitstein

Die vorliegende Erfindung betrifft Zahnstangenlenkgehäuse zum Einbau in eine Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge, bei der ein drehbar gelagertes Lenkritzel über eine Verzahnung in einen Zahnbereich einer Zahnstange derart eingreift, dass eine Drehung des Lenkritzels zu einer Verschiebung der Zahnstange in Richtung ihrer Längsachse führt, wobei der Gleitstein so ausgestaltet ist, dass die Zahnstange über den Gleitstein gegen das Lenkritzel drückbar ist, wozu der Gleitstein in einer Bewegungsrichtung bewegbar ist, die quer zur Längsachse der Zahnstange verläuft.

Zahnstangenlenkungen werden seit langem in der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt. Bei Zahnstangenlenkungen wird allgemein das Lenkdrehmoment ausgehend vom Lenkrad über eine Lenksäule und ein Lenkritzel in die Lenkung eingeleitet. Das Lenkritzel steht dabei in Eingriff mit einem gezahnten Abschnitt einer Zahnstange und wandelt die Drehbewegung des Lenkrads in eine üblicherweise horizontale Linearbewegung zum Verschwenken der gelenkten Räder um.

Das Lenkritzel und die Zahnstange dürfen dabei im Eingriff kein merkliches Spiel aufweisen bzw. das Spiel zwischen den Zähnen der Zahnstange und dem Lenkritzel sollte einstellbar und möglichst auch nachstellbar sein. Hierzu wird beispielsweise ein Druckstück verwendet, welches die Zahnstange gegen die im Betrieb wirkenden Verzahnungskräfte gegen das Ritzel drängt. Dieses Druckstück wird auch als Gleitstein bezeichnet und ist typischerweise elastisch gelagert und zumeist mit einer Feder belastet.

Da bei starken Stößen die Kräfte, die das Lenkritzel und die Zahnstange auseinander treiben, die Kräfte des Federelements übersteigen, ist ein Endanschlag vorgesehen, der üblicherweise durch die der Zahnstange abgewandte Seite des Gleitsteins gebildet wird. Üblicherweise befindet sich auch die Feder auf dieser Seite des Gleitsteins. Bei Normalbelastung wird also lediglich der Gleitstein über die Feder gegen eine ortsfeste Fläche gedrückt und entsprechend bei einem Belastungswechsel wieder zurückgetrieben. Bei sehr hohen Kräften und bei Stoßbelastungen wird die Federkraft überwunden und die Rückseite des Gleitsteins kommt mit der ortsfesten gegenüber liegenden Fläche in Kontakt, wodurch eine weitere Bewegung des Gleitsteins ausgeschlossen ist.

Druckstücke können auch mit Gleitsteinen zusammenwirken, deren Flächen an die Kontur der Zahnstange angepasst sind und gegen die Zahnstange gedrückt werden. Beispielsweise offenbart die Offenlegungsschrift DE 197 17 797 A1 eine Zahnstangenlenkung mit einem Druckstück, das quer zur Längsachse der Zahnstange zwei Schlitze aufweist, in denen Gleitsteine geführt sind, deren eine Grundfläche an die geneigte Grundfläche des Druckstücks, deren andere geneigte Grundfläche an die Kontur der Zahnstange und deren radial außenliegende Fläche an eine Druckstückbohrung angepasst sind. Aus dieser DE 197 17 797 A1 ist es auch bekannt, O-Ringe zur Dämpfung in eine Richtung vorzusehen, die quer zur Bewegungsrichtung eines Gleitsteins verläuft.

Grundsätzlich ist also eine Vielzahl von Bauteilen vorgesehen, die im Zusammenspiel den gewünschten Erfolg gewährleisten. Durch die verschiedenen bewegten Teile sind der Verschleiß und auch die Geräuschentwicklung jedoch relativ hoch. Auch der Aufwand für die Fertigung ist aufwändig, da die verschiedenen Komponenten passgenau und mit geringen Toleranzen gefertigt werden müssen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Zahnstangenlenkung vorzuschlagen, die die genannten Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll ein Zahnstangenlenkgehäuse derart verbessert werden, dass eine einfache und kostengünstige Herstellung möglich ist. Auch sollen der Verschleiß und die Geräuschentwicklung während des Betriebs minimiert werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Gleitstein fest an das Zahnstangenlenkgehäuse angeformt und in Bewegungsrichtung elastisch schwenkbar ist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen.

Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.

Das Zahnstangenlenkgehause bildet ein Gleitsteingehäuse aus, indem der Gleitstein und gegebenenfalls zugehörige Elemente untergebracht sind. Im Stand der Technik ist das Gleitsteingehäuse oftmals als zusätzliches Bauteil ausgeführt, das mit dem Zahnstangenlenkgehäuse verbindbar ist. Die Erfindung eignet sich zwar auch für eine derartige zweigeteilte Ausführung, ist aber insbesondere für ein Zahnstangenlenkgehäuse geeignet, bei dem das Gleitsteingehäuse integral, also einstückig ausgebildet ist.

Das erfindungsgemäße Zahnstangenlenkgehäuse dient zum Einbau in eine Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge, bei der ein drehbar gelagertes Lenkritzel über eine Verzahnung in einen Zahnbereich einer Zahnstange derart eingreift, dass eine Drehung des Lenkritzels zu einer Verschiebung der Zahnstange in Richtung ihrer Längsachse führt. Dabei ist der Gleitstein so ausgestaltet, dass dieser die Zahnstange gegen das Lenkritzel drückt ist, wozu der Gleitstein in einer Bewegungsrichtung schwenkbar ist, die quer zur Längsachse der Zahnstange verläuft. Es handelt sich somit um einen Gleitstein, der zwar in der Bewegungsrichtung bereichsweise am Zahnstangenlenkgehäuse festgelegt ist, sich aber aufgrund der elastischen Verschwenkbarkeit an die aktuelle Lage der Zahnstange anpassen kann bzw. diese in Richtung des Lenkritzels treibt.

Das Zahnstangenlenkgehäuse ist vorzugsweise aus Kunststoff oder Metall, insbesondere Stahl gefertigt. Wesentlich ist, dass der Gleitstein entweder in einem einzigen Fertigungsschritt zusammen mit dem Zahnstangenlenkgehäuse gefertigt, oder bei einem zweistufigen Fertigungsprozess an das bereits gefertigte Zahnstangenlenkgehäuse angeformt wird. Letztendlich bilden das Zahnstangenlenkgehäuse und der damit verbundene Gleitstein eine nicht trennbare Baueinheit aus.

Der Gleitstein kann vorzugsweise über einen Verbindungsbereich mit dem Zahnstangenlenkgehäuse verbunden sein. In einer ersten Ausführungsvariante ist der gesamte Gleitstein elastisch ausgeführt, in einer zweiten Ausführungsvariante ist der Gleitstein selbst aus einem relativ steifen, wenig elastischen Material und Verbindungsbereich aus elastischem Material gebildet.

Der Gleitstein kann innerhalb des Zahnstangenlenkgehäuses in einem Zahnstangenraum, in dem die Zahnstange verläuft, beliebig angeordnet sein, sich also in beliebiger Richtung in das Innere des Zahnstangenlenkgehäuses erstrecken. Wesentlich ist, dass der Gleitstein mit der Zahnstange in Kontakt kommt und eine Kraftkomponente in Richtung der Zahnstange aufbringt.

Vorzugsweise ist der Gleitstein derart angeordnet, dass dieser beim Einbau der Zahnstange von dieser in die von der Zahnstange wegweisende Richtung gedrückt wird, sodass das System von vorneherein unter Vorspannung steht. Der Gleitstein kann sich zu diesem Zweck beispielsweise schräg in Richtung der Zahnstange erstrecken. Alternativ kann er aber auch derart nah an der Zahnstange angeordnet sein, dass ein Einbau ein Zurückdrücken des Gleitsteins erfordert.

Zur Erhöhung der Elastizität und/oder der auf die Zahnstange wirkende Kraftkomponente in Richtung des Lenkritzels kann zusätzlich ein Federelement vorgesehen sein. Der Gleitstein ist dann axial gegen eine Federkraft gelagert, welche den Gleitstein gegen die Zahnstange drückt. In einer ersten Ausführungsvariante ist dieses Federelement innerhalb des Gleitsteins angeordnet. Beispielsweise ist das Federelement mit dem Zahnstangenlenkgehäuse fest verbunden und erstreckt sich im Innern des Gleitsteins in diesen hinein. Diese Ausführungsvariante ist insbesondere bei einer Fertigung des Gleitsteins und des Zahnstangenlenkgehäuses aus Kunststoff vorteilhaft, da das Federelement lediglich mit Kunststoff umspritzt werden muss.

In einer zweiten Ausführungsvariante ist ein Federelement vorgesehen, dass auf einer der Zahnstange abgewandten Rückseite des Gleitsteins wirkt und sich gegen das Zahnstangenlenkgehäuse abstützt. Insbesondere eignet sich hierzu eine Druck bzw. Spiralfeder. Diese kann sich unmittelbar am Zahnstangenlenkgehäuse oder auch an einem anderen Bauteil, beispielsweise einem Gleitsteindeckel, der den Zahnstangenraum verschließt, abstützen. Der Gleitstein weist eine an die Zahnstange angepasste Geometrie auf. Insbesondere ist seine der Zahnstange zugewandten Vorderseite konkav ausgeführt und an die Außenkrümmung der Zahnstange angepasst.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante weist der Gleitstein zusätzlich ein Dämpfungselement auf, um auftretende Bewegungen und Stöße abzufangen. Dies mindert den Verschleiß und auch die Geräuschentwicklung während des Betriebs. Der Gleitstein ist somit nicht nur federnd gelagert, sondern in sich dämpfend ausgeführt.

Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die dämpfende Wirkung nur bei schlagartigen Belastungen der Lenkstange eintritt. Hierzu kann das Dämpfungselement wenigstens teilweise aus einem dilatanten Material bestehen. Eine dilatante Flüssigkeit ist eine Substanz, die unter Krafteinwirkung ihre Flexibilität und Verformbarkeit verändert. Insbesondere wird sie bei starken Stößen härter und wird sogar abrupt fest, wobei sie energieabsorbierende Qualitäten zeigt. Bei langsamen Belastungen ist sie dagegen flexibel und es kann auch realisiert werden, dass der Werkstoff nach Beendigung der Belastung seine flexiblen Eigenschaften zurück erhält. Bei langsamen Stößen reagiert das Dämpfungselement dann elastisch, während es bei schellen Stößen dämpfend wirkt.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Dämpfungselement auf der der Zahnstange zugewandten Seite im Querschnitt schalenförmig ausgebildet. Die Gleiteinlage liegt somit auf der konkaven Seite des Gleitsteins formschlüssig an der Zahnstange an.

Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Zahnstangenlenkgehäuse mit

Gleitstein in vereinfachter Darstellung im Querschnitt.

In Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt. In einem Zahnstangenlenkgehäuse 8 ist in einem Zahnstangenraum 20 eine

Zahnstange 51 angeordnet. Die Zahnstange liegt an einem Lenkritzel 23 an und kann von diesem verschoben werden. Das Zahnstangenlenkgehäuse 8 weist erfindungsgemäß einen in einen Zahnstangenraum 20 hineinragenden Gleitstein 10 auf. Der Gleitstein 10 ist fest an das Zahnstangenlenkgehäuse 8 angeformt bzw. sind im gezeigten Ausführungsbeispiel das Zahnstangenlenkgehäuse 8 und der Gleitstein 10 einstückig ausgeführt.

Der Gleitstein 10 weist eine konkave Vorderseite 17 auf, die an eine Krümmung der Außenseite der Zahnstange 51 angepasst ist. Weiterhin weist der Gleitstein 10 einen Verbindungsbereich 11 auf, über den er an eine Innenwandung 21 des

Zahnstangenraums 20 anschließt. Der Gleitstein 10 ist in einer Bewegungsrichtung 50 schwenkbar ausgeführt. Die Schwenkbarkeit ist durch eine ausreichende

Elastizität des Materials, insbesondere Verbindungsbereichs 11 gewährleistet.

Erkennbar sind weiterhin zwei Federelemente 13. Ein erstes Federelement 13 ist im Inneren des Gleitsteins 10 angeordnet, ein zweites Federelement 13, ausgeführt als Spiral-oder Druckfeder, kontaktiert eine Rückseite 15 des Gleitsteins 10 und stützt sich an der Innenwandung des Zahnstangenlenkgehäuses 8, im gezeigten

Ausführungsbeispiel an einem Gleitsteindeckel 25, der Teil des

Zahnstangenlenkgehäuses 8 ist, ab. Beide Federelemente 13 bewirken eine

Kraftkomponente in Richtung der Zahnstange 51. Anstelle von zwei Federelementen 13 kann auch nur ein einziges Federelement 13 vorgesehen sein.

Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst auch weitere Ausführungsvarianten der Erfindung. Insbesondere die

Anordnung der Federelemente 13 sowie die Positionierung und Ausrichtung des Gleitsteins 10 können an vorgegebene Bauraumrestriktionen angepasst sein.

Das erfindungsgemäße Zahnstangenlenkgehäuse 8 verhindert wirksam die Geräuschentwicklung während des Betriebs. Der Gleitstein 10 kann nicht mehr anschlagen und erzeugt somit keine Geräusche innerhalb der Gleitsteinbohrung. Darüber hinaus kann der Gleitstein 10 nicht mehr verkippen, der Verschleiß während des Betriebs ist auch deshalb reduziert. Weiterhin kann der vorgegebene Bauraum optimal ausgenutzt werden.

Insgesamt ist der Aufbau wesentlich einfacher und kostengünstiger als dies bei bestehenden Systemen der Fall ist. Bezugszeichenliste:

8 Zahnstangenlenkgehäuse

10 Gleitstein

11 Verbindungsbereich

13 Federelement

15 Rückseite

17 Vorderseite

19 Dämpfungselement

21 Innenwandung

23 Lenkritzel

25 Gleitsteindeckel

50 Bewegungsrichtung

51 Zahnstange