Titel

Lenkgetriebe für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs und Lenksystem

Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug.

Stand der Technik

Die EP 0241691 A2 offenbart eine Zahnstangenlenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer in einem Lenkgetriebegehäuse axial verschiebbar angeordneten Zahnstange und mit einem durch das Lenkrad antreibbaren, im Lenkgetriebegehäuse gelagerten, die Zahnstange betätigenden Zahnritzel.

Herkömmliche Lenkgetriebe weisen ferner ein im Lenkgetriebegehäuse abgestütztes, federbeaufschlagtes Druckstück auf, welches dazu ausgebildet ist, eine vorgegebene Anpresskraft zwischen Zahnstange und Zahnritzel zu erzeugen.

Da die Zahnstange im Lenkgetriebegehäuse relativ zu dem Druckstück verschiebbar ist, kann es bei einem Übergang eines Ruhezustands der Zahnstange in einen Bewegungszustand zu einem Stick-Slip- Effekt zwischen Druckstück und Zahnstange, d.h. einem Übergang zwischen Haft- und Gleitreibung, kommen.

Zur Unterstützung eines Schmiermittelflusses und zur Verschleißminderung an einer Kontaktstelle zwischen Druckstück und einem Zahnstangenrücken werden konventionell gefertigte Zahnstangen über die Länge des Lenkungshubes längsgefinisht. Bei einem Dreh- und/oder Schleifprozess der Zahnstange entsteht eine Bearbeitungsstruktur in Form von Umfangsrillen. Diese Struktur wirkt wie ein Schaber bei Hubbewegungen der Zahnstange. Schmiermittel wird somit vom Zahnstangenrücken verdrängt, das Druckstück wird an der Kontaktstelle abgetragen und der Zahnstangenrücken geglättet.

Hierdurch wird bei herkömmlichen Zahnstangen dem Stick-Slip- Effekt durch den tendenziell verschlechterten Schmiermitteltransport nicht entgegengewirkt. Des Weiteren wird ein unnötig hoher Verschleiß durch Materialabtrag und der Glättung generiert.

Es ist daher wünschenswert, ein verbessertes Lenkgetriebe für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, welches einem Stick-Slip- Effekt vorbeugt, ein günstiges NVH-Verhalten und eine geringe Verschleißanfälligkeit aufweist.

Die Aufgabe wird mit einem Lenkgetriebe für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Aufgabe wird des Weiteren mit einem Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft ein Lenkgetriebe für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, mit einer in einem Lenkgetriebegehäuse axial verschiebbar angeordneten Zahnstange und einem durch ein Lenkrad antreibbaren, die Zahnstange betätigbaren Zahnritzel.

Das Lenkgetriebe weist ferner ein im Lenkgetriebegehäuse abgestütztes, federbeaufschlagtes Druckstück auf, welches eine vorgegebene Anpresskraft zwischen Zahnstange und Zahnritzel erzeugt, wobei eine einem Zahnstangenrücken zugewandte Oberfläche des Druckstücks eine Vielzahl von das Druckstück von der Zahnstange beabstandenden Vorsprüngen aufweist. Die vorliegende Erfindung schafft des Weiteren ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer durch ein Lenkrad antreibbaren Lenkwelle und einem mit der Lenkwelle wirkverbundenen erfindungsgemäßen Lenkgetriebe.

Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, durch Vorsehen der dem Zahnstangenrücken zugewandten Oberfläche des Druckstücks mit einer Vielzahl von das Druckstück von der Zahnstange beabstandenden Vorsprüngen, dass der Stick-Slip- Effekt durch Reduzierung eines Deltas zwischen Haft- und Gleitreibung vermieden werden kann.

Zum anderen resultiert dies in einem verbesserten NVH-Verhalten und zu einem verbesserten Schmiermitteltransport, da das zwischen dem Zahnstangenrücken und der Oberfläche des Druckstücks angeordnete Schmiermittel bei einer Bewegung der Zahnstange relativ zum Druckstück aufgrund der Beabstandung der Zahnstange vom Druckstück durch die Vielzahl von Vorsprüngen nicht verdrängt wird, sondern eine gleichbleibende Schmierung ermöglicht.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Vielzahl von Vorsprüngen eine halbkugelförmige, zylindrische, kegelförmige und/oder quaderförmige Geometrie aufweist, und wobei die Vielzahl von Vorsprüngen im Wesentlichen gleichmäßig auf der Oberfläche des Druckstücks verteilt ist.

Die Geometrie der Vielzahl von Vorsprüngen kann somit in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit einer Materialhärte des Druckstücks und/oder spezifischen baulichen Anforderungen des Lenkgetriebes angepasst werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Vielzahl von Vorsprüngen auf der Oberfläche des Druckstücks in im Wesentlichen parallel zueinander und gleichmäßig voneinander beabstandeten Reihen angeordnet sind, und wobei die Reihen in Querrichtung des Druckstücks und/oder der Zahnstange angeordnet sind. Somit kann in vorteilhafter Weise eine gleichmäßige Fließeigenschaft bzw. ein gleichmäßiger Schmiermitteltransport des zwischen der Zahnstange und dem Druckstück angeordneten Schmiermittels erreicht werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Kontaktfläche der Vielzahl von Vorsprüngen am Zahnstangenrücken geringer als 10 %, vorzugsweise geringer als 5 %, eines Überdeckungsbereichs der Oberfläche des Druckstücks und einer Oberfläche des Zahnstangenrückens ist.

Die gegenüber einer vollflächigen Anlage der Oberfläche des Druckstücks an der Oberfläche des Zahnstangenrückens bietet somit in vorteilhafter Weise zum einen eine reduzierte Reibung und zum anderen aufgrund der Beabstandung der Zahnstange vom Druckstück in Höhenrichtung der Zahnstange einen verbesserten Schmiermitteltransport und eine verbesserte Schmiermittelverteilung auf der Gesamtoberfläche des Druckstücks und der Zahnstange.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in der Oberfläche des Druckstücks eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten und gleichmäßig voneinander beabstandeten Schmiermittelnuten ausgebildet sind, wobei in Längsrichtung des Druckstücks abwechslungsweise eine Schmiermittelnut und eine davon in Höhenrichtung des Druckstücks abgesetzte, die Vielzahl von Vorsprüngen aufweisende Reihe angeordnet ist.

Die Mehrzahl von Schmiermittelnuten sind in vorteilhafter Weise dazu ausgebildet, ein ausreichendes Schmiermittelreservoir zu bilden und damit eine reibungsarme Verschiebung der Zahnstange relativ zum Druckstück zu ermöglichen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Vielzahl von Vorsprüngen im Montagezustand des Lenkgetriebes dazu ausgebildet ist, das Druckstück derart zur Zahnstange zu positionieren, dass das Lenkgetriebegehäuse, die Zahnstange und das Druckstück im Wesentlichen symmetrisch angeordnet sind. Die symmetrische Anordnung in Bezug zu einer Symmetrieachse ermöglicht eine optimale Positionierung des Druckstücks zur Zahnstange nach dem Einlaufprozess.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass, falls eine Bauteiltoleranz des Lenkgetriebegehäuses, der Zahnstange und/oder des Druckstücks größer als ein vorgegebener Schwellwert ist, die Vielzahl von Vorsprüngen mit einer unterschiedlichen Anpresskraft belastet werden.

Die unterschiedliche Belastung bestimmter Bereiche der Vorsprünge führt zu unterschiedlichen Flächenpressungen und somit einem unterschiedlichen Verformungsverhalten der Vielzahl von Vorsprüngen, was einen effektiven Toleranzausgleich gewährleistet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass Vorsprünge, welche mit einer Anpresskraft belastet werden, die größer oder gleich einem vorgegebenen Schwellwert ist, verformt sind, und wobei Vorsprünge, welche mit einer Anpresskraft belastet werden, die kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellwert ist, ihre Form beibehalten.

Dieser Regelprozess garantiert ein perfektes Ausrichten des Druckstücks zur Zahnstangenachse und somit ein ideales reibungs- und verschleißarmes Abwälzen der Verzahnungspaarung Zahnritzel/Zahnstange.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die, insbesondere modular ausgebildete, Zahnstange kaltgezogen ist, und wobei die Zahnstange eine in Längsrichtung ausgebildete Oberflächenstruktur aufweist.

Der Vorteil des Kaltziehens der Zahnstange liegt unter anderem darin, dass keine Nachbearbeitung mehr erforderlich ist und dass aufgrund des spezifischen Herstellungsverfahrens eine durch das Herstellungsverfahren bedingte Oberflächenstruktur in Längsrichtung in die Zahnstange eingebracht wird. Die Längsstruktur weist vorteilhafte Eigenschaften bezüglich des Schmiermitteltransports während des Verschiebens der Zahnstange relativ zum Druckstück im Montagezustand der Zahnstange auf. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Druckstückkörper des Druckstücks aus Kunststoff ausgebildet ist, wobei die dem Zahnstangenrücken zugewandte Oberfläche des Druckstücks eine einer Form des Zahnstangenrückens entsprechende, insbesondere gewölbte, Form aufweist.

Das Druckstück weist somit eine der Zahnstange angepasste Form auf. Ferner sind die Vielzahl von auf der Oberfläche des Druckstücks vorgesehenen Vorsprünge als auch die entsprechenden Schmiermittelnuten in der Lage, bei einer jeglichen Oberflächenform des Zahnstangenrückens und/oder des Druckstücks ihre Funktion zu erfüllen.

Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.

Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.

Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines Lenkgetriebes für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung sowie zwei Detailvergrößerungen eines Druckstücks des Lenkgetriebes für das Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Lenksystems für das

Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.

Fig. 1 zeigt eine Längsschnittansicht eines Lenkgetriebes für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Das Lenkgetriebe 10 für das Lenksystem des Kraftfahrzeugs weist eine in einem Lenkgetriebegehäuse 12 axial verschiebbar angeordnete Zahnstange 14 auf. Ferner weist das Lenkgetriebe 10 ein durch ein (in Fig. 1 nicht gezeigtes)

Lenkrad antreibbares, die Zahnstange 14 betätigendes Zahnritzel auf.

Darüber hinaus weist das Lenkgetriebe 10 ein im Lenkgetriebegehäuse 12 abgestütztes, federbeaufschlagtes Druckstück 20 auf. Das Druckstück ist dazu ausgebildet, eine vorgegebene Anpresskraft zwischen Zahnstange 14 und Zahnritzel zu erzeugen.

Eine einem Zahnstangenrücken 14a zugewandte Oberfläche 20a des Druckstücks 20 weist eine Vielzahl von das Druckstück 20 von der Zahnstange 14 (in Fig. 1 nicht gezeigten) beabstandenden Vorsprüngen auf. Die Vielzahl von (in Fig. 1 nicht dargestellten) Vorsprüngen sind im Montagezustand des Lenkgetriebes 10 dazu ausgebildet, das Druckstück 20 derart zur Zahnstange 14 zu positionieren, dass das Lenkgetriebegehäuse 12, die Zahnstange 14 und das Druckstück 20 im Wesentlichen symmetrisch zu einer Symmetrieachse bzw. Symmetrielinie, beispielsweise eine Mittellängsachse, angeordnet sind.

Falls eine Bauteiltoleranz des Lenkgetriebegehäuses 12, der Zahnstange 14 und/oder des Druckstücks 20 größer als ein vorgegebener Schwellwert ist, werden die Vielzahl von Vorsprüngen mit einer unterschiedlichen Anpresskraft belastet.

Vorsprünge, welche mit einer Anpresskraft belastet werden, die größer oder gleich einem vorgegebenen Schwellwert ist, werden somit verformt.

Vorsprünge, welche hingegen mit einer Anpresskraft belastet werden, die kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellwert ist, behalten somit ihre Form bei.

Die Zahnstange 14 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel modular ausgebildet. Alternativ kann die Zahnstange beispielsweise einstückig ausgebildet sein.

Im Rahmen der modularen Herstellung der Zahnstange wird diese kaltgezogen. Die Zahnstange 14 weist somit aufgrund des Kaltziehprozesses eine in Längsrichtung L ausgebildete Oberflächenstruktur auf.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung sowie zwei Detailvergrößerungen eines Druckstücks des Lenkgetriebes für das Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Die Vielzahl von Vorsprüngen 22 sind in der vorliegenden Ausführungsform halbkugelförmig ausgebildet. Alternativ können die Vielzahl von Vorsprüngen beispielsweise zylindrisch, kegelförmig und/oder quaderförmig ausgebildet sein. Die Vielzahl von Vorsprüngen 22 sind dabei im Wesentlichen gleichmäßig auf der Oberfläche 20a des Druckstücks 20 verteilt. Die Vielzahl von Vorsprüngen 22 sind auf der Oberfläche 20a des Druckstücks 20 in im Wesentlichen parallel zueinander und gleichmäßig voneinander beabstandeten Reihen 24 angeordnet. Die Reihen 24 sind in Querrichtung des Druckstücks 20 bzw. der (in Fig. 2 nicht gezeigten) Zahnstange angeordnet.

Eine Kontaktfläche der Vielzahl von Vorsprüngen 22 am (in Fig. 2 nicht gezeigten) Zahnstangenrücken 14a ist geringer als 10 %, vorzugsweise geringer als 5 %, eines Überdeckungsbereichs der Oberfläche 20a des Druckstücks 20 und einer Oberfläche des Zahnstangenrückens 14a.

In der Oberfläche 20a des Druckstücks 20 sind zudem eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten und gleichmäßig voneinander beabstandeten Schmiermittelnuten 26 ausgebildet.

In Längsrichtung L des Druckstücks 20 ist abwechslungsweise eine Schmiermittelnut 26 und eine davon in Höhenrichtung des Druckstücks 20 abgesetzte, die Vielzahl von Vorsprüngen 22 aufweisende Reihe angeordnet.

Ein Druckstückkörper 20b des Druckstücks 20 ist in der vorliegenden Ausführungsform aus Kunststoff ausgebildet. Alternativ kann dieser beispielsweise aus Metall ausgebildet sein.

Die dem (in Fig. 2 nicht gezeigten) Zahnstangenrücken 14a zugewandte Oberfläche 20a des Druckstücks 20 weist eine einer Form des Zahnstangenrückens entsprechende, insbesondere gewölbte, Form auf.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des Lenksystems für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Das Lenksystem 1, welches in der vorliegenden Fig. 3 lediglich symbolisch dargestellt ist, weist ein mit einer Lenkwelle 2 verbundenes Lenkrad 2a, ein Lenkgetriebe 10 und ein durch das Lenkrad 2a antreibbares, die Zahnstange betätigendes Zahnritzel 18 auf. Das Lenkgetriebe 10 ist ferner mit entsprechenden anzulenkenden Rädern 4, 5 verbunden.