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.

In einer Zahnstangenlenkung wird die Drehbewegung vom Lenkrad über das ein Zahnritzel auf die Zahnstange übertragen und in eine translatorische Bewegung der Zahnstange übersetzt, welche über eine Spurstange sowie weitere Fahrzeugsteile an das zu lenkende Rad übertragen wird.

Dabei werden Momente bzw. Kräfte sowohl aktiv von Lenksystem als auch reaktiv von gelenkten Rädern übertragen. Die Zahnstange wird durch ein Druckstück in zylindrischer Form geführt und abgestützt. Die Kontaktfläche mit der Zahnstange wird in der Regel über ein weiteres Teil, insbesondere eine Einlegefolie realisiert, die für ein verbessertes Gleit- und Verschleißverhalten sorgt.

Der Druckstückzusammenbau bestehend aus Druckstück, Feder, Stellschraube und weiteren Dicht- bzw. Dämpfungselementen weist dabei zwei primäre Aufgaben auf, zum einen für einen spielfreien Verzahnungseingriff der Zahnstange zum Ritzel bei geringer Belastung zu sorgen und zum anderen eine Abstützung der Zahnstange bei höherer Belastung bereitzustellen. Die Druckstückkräfte (in Axial- und Querrichtung) resultieren aus einer Verzahnungsabweiskraft und einer Querkraftkomponente der Spurstangen, bei dynamischer Belastung überlagert mit Beschleunigungskräften.

Im unbelasteten bzw. gering belasteten Zustand drückt das Druckstück somit mittels Federkraft die Zahnstange gegen das Ritzel und sorgt für einen spielfreien Verzahnungseingriff. Bei höherer Belastung weist die Zahnstange vom Ritzel ab und wird von Druckstück abgestützt.

Aufgrund von Geräuschanforderungen an das Lenksystem muss das Druckstück oft mit relativ hoher Federkraft angefedert werden. Dabei muss ein Druckstückspiel in einem engen Bereich eingestellt und über eine Lebensdauer gehalten werden.

Die hohe Anfederkraft kann jedoch zu höherer Reibung führen, was sich negativ auf ein Rückstellverhalten auswirkt. Das Druckstückspiel kann im Neuzustand eng eingestellt werden, vergrößert sich jedoch aufgrund von Verschleiß mit zunehmender Belastung. Zu großes Druckstückspiel kann ferner eine negative Wirkung auf das Lenkgefühl sowie eine Reglerstabilität aufweisen.

Um die Flächenpressung und somit den Verschleiß zu reduzieren, könnte die Kontaktfläche beispielsweise durch einen größeren Druckstückdurchmesser vergrößert werden. Das ist jedoch bedingt durch die Zylinderform nicht sinnvoll und meistens bauraumbedingt nicht möglich. Durch Werkstoff oder Schmierung kann überdies keine weitere Verbesserung wirtschaftlich erzielt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Lenkgetriebe vorzusehen, welches es ermöglicht, eine Belastung des Druckstücks zu reduzieren und somit einer verschleißbedingten Vergrößerung des Druckstückspiels vorzubeugen.

Die Aufgabe wird mit einem Lenkgetriebe für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ferner wird die Aufgabe 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. Das Lenkgetriebe umfasst eine in einem Lenkgetriebegehäuse axial verschiebbar angeordnete Zahnstange sowie ein durch ein Lenkrad antreibbares, die Zahnstange betätigendes Zahnritzel.

Das Lenkgetriebe umfasst des Weiteren ein im Lenkgetriebegehäuse abgestütztes, federbeaufschlagtes Druckstück, welches eine vorgegebene Anpresskraft zwischen Zahnstange und Zahnritzel erzeugt und eine in das Lenkgetriebegehäuse axial eingefügte Führungsbuchse, welche dazu ausgebildet ist, die Zahnstange gegen eine senkrecht zur Zahnstange wirkende, drehmomentinduzierte, Federkraft abzustützen, wobei in einem ersten Belastungszustand der Zahnstange, in welchem eine auf die Zahnstange wirkende Federkraft geringer als eine durch das Druckstück angewendete Anpresskraft ist, die Zahnstange durch das Druckstück spielfrei an das Zahnritzel anpressbar ist, und wobei in einem zweiten Belastungszustand der Zahnstange, in welchem die auf die Zahnstange wirkende Federkraft größer als die durch das Druckstück angewendete Anpresskraft ist, die Zahnstange durch die Führungsbuchse abstützbar ist.

Die vorliegende Erfindung schafft des Weiteren ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer durch ein Lenkrad antreibbaren Lenkwelle und einem erfindungsgemäßen, mit der Lenkwelle wirkverbundenen, Lenkgetriebe.

Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, die Führungsbuchse zusätzlich zum konventionellen Druckstück zu verwenden. Die Buchse wird dabei von der Seite, axial zur Zahnstange installiert. Aufgrund der Anfederung der Zahnstange durch ein konventionelles Druckstück mittels Druckfeder bei geringer Belastung der Zahnstange sowie einer Abstützung der Zahnstange durch die Führungsbuchse bei höherer Belastung kann somit durch die Führungsbuchse in vorteilhafter Weise eine Verringerung einer Flächenpressung und somit ein reduzierter Verschleiß durch eine größere Kontaktfläche zwischen Zahnstange und Führungsbuchse ermöglicht werden.

Ferner ist bei der erfindungsgemäßen Konstruktion eine Skalierbarkeit durch Anpassung der Buchsenlänge leicht realisierbar. Da das Spiel über die Lebensdauer infolge geringeren Verschleißes reduziert wird, kann die Druckstückanfederkraft daher verringert werden.

Das Druckstück kann ferner vereinfacht und/oder verkleinert werden, da es nur gering belastet wird und keine genaue Druckstück-Spieleinstellung mehr notwendig ist. Der Montageprozess kann dabei vereinfacht werden, da ein Entfall des Druckstückeinstellprozesses möglich ist.

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 in dem zweiten Belastungszustand der Zahnstange ein Druckstückspiel größer als ein Spiel der Führungsbuchse einstellbar ist, wobei das Druckstück durch die Zahnstange zumindest abschnittsweise axial verschiebbar ist, wenn die auf die Zahnstange wirkende Federkraft größer als die durch das Druckstück angewendete Anpresskraft ist. Durch die Abstützung der Zahnstange durch die Führungsbuchse kann somit keine höhere Kraft auf das Druckstück übertragen werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Führungsbuchse axial zumindest abschnittsweise eine Querschnittskontur aufweist, welche auf einer ersten Seite, insbesondere an einer im Montagezustand der Führungsbuchse dem Lenkgetriebegehäuse zugewandten Seite, an eine Querschnittskontur des Lenkgetriebegehäuses und auf einer zweiten Seite, insbesondere an einer im Montagezustand der Führungsbuchse der Zahnstange zugewandten Seite, an eine Querschnittskontur der Zahnstange angepasst ist. Somit kann ein einfaches Einfügen der Führungsbuchse bei gleichzeitig exakter Passung im Lenkgetriebegehäuse ermöglicht werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Lenkgetriebegehäuse an einer im Montagezustand oberen Innenseite einer Öffnung des Lenkgetriebegehäuses, in welcher Öffnung die Führungsbuchse angeordnet ist, eine axiale Nut aufweist, in die ein axial ausgebildeter Vorsprung der Führungsbuchse eingefügt ist. Somit kann in vorteilhafter Weise eine formschlüssige Verbindung zwischen der Führungsbuchse und dem Lenkgetriebegehäuse ermöglicht werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der in die axiale Nut des Lenkgetriebegehäuses eingefügte axiale Vorsprung der Führungsbuchse dazu ausgebildet ist, die Führungsbuchse in einer vorgegebenen Stellung radial zum Lenkgetriebegehäuse auszurichten. Dies bewirkt in vorteilhafter Weise eine drehfeste Lagerung der Führungsbuchse im Lenkgetriebegehäuse.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Führungsbuchsenspiel durch Bereitstellen der Führungsbuchse mit einer vorgegebenen Exzentrität zwischen einer Innenkontaktfläche der Führungsbuchse zur Zahnstange und einer Außensitzfläche der Führungsbuchse im Lenkgetriebegehäuse einstellbar ist.

Die Einstellung des Buchsenspiels erfolgt dabei durch Auswahlmontage. Es stehen Buchsen mit verschiedener Exzentrizität zwischen Innenkontaktfläche und Außensitzfläche zur Verfügung, dadurch verschiedener Wandstärke.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass sich das Führungsbuchsenspiel aus einem Buchseneinbauraum, insbesondere einem Freiraum zwischen einem Zahnstangenrücken und dem Lenkgetriebegehäuse, wenn das Zahnritzel mit der Zahnstange im Eingriff ist, und einer Wandstärke der Führungsbuchse zusammensetzt. Nach Messung des Einbauraums wird die Buchse mit passender Wandstärke bzw. Exzentrizität ausgewählt, um das Buchsenspiel im Zielbereich zu erreichen. Die Anzahl der Buchsenklassen hängt im Wesentlichen von folgenden Faktoren ab: Bandbreite der abzudeckenden Summentoleranz des Zusammenbaus, Toleranz der Wandstärke einzelner Buchse und wie fein die Stufung der Buchsen sein muss, um das gezielte Buchsenspiel zu erreichen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine axiale Länge der Führungsbuchse kleiner oder gleich einem Abstandsmaß von der Öffnung des Lenkgetriebegehäuses zum Druckstück ist. Somit kann die Führungsbuchse mit kompakten Abmessungen bereitgestellt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine axiale Länge der Führungsbuchse größer als ein Abstandsmaß von der Öffnung des Lenkgetriebegehäuses zum Druckstück ist, wobei eine im Montagzustand untere Seite der Führungsbuchse, insbesondere eine dem Lenkgetriebegehäuse zugewandte Seite, eine Öffnung aufweist, durch welche das Druckstück mit der Zahnstange in Anlage bringbar ist. Das Druckstück ist somit durch die in der Führungsbuchse ausgebildete Öffnung bewegbar.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Anschlagelement, insbesondere ein Anschlagring, zur axialen Sicherung der Führungsbuchse an einem axialen Endabschnitt der Führungsbuchse angeordnet ist, wobei das Anschlagelement ferner dazu ausgebildet ist, eine Anschlagfläche für eine Spurstange des Lenksystems bereitzustellen. Die Führungsbuchse kann somit auf effiziente Art und Weise im Lenkgetriebegehäuse axial befestigt werden.

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 Querschnittsansicht des Lenkgetriebes für das Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3a eine vergrößerte Längsschnittansicht des Lenkgetriebes für das Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3b eine perspektivische Darstellung einer Führungsbuchse des Lenkgetriebes für das Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4a eine vergrößerte Längsschnittansicht des Lenkgetriebes für das Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 4b eine perspektivische Darstellung der Führungsbuchse des Lenkgetriebes für das Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß der weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 5 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 10 für ein Lenksystem 1 eines Kraftfahrzeugs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Das Lenkgetriebe 10 umfasst eine in einem Lenkgetriebegehäuse 12 axial verschiebbar angeordnete Zahnstange 14 sowie ein durch ein Lenkrad 2a antreibbares, die Zahnstange 14 betätigendes Zahnritzel 16.

Des Weiteren umfasst das Lenkgetriebe 10 ein im Lenkgetriebegehäuse 12 abgestütztes, federbeaufschlagtes Druckstück 18, welches eine vorgegebene Anpresskraft Fl zwischen Zahnstange 14 und Zahnritzel 16 erzeugt.

Darüber hinaus umfasst das Lenkgetriebe 10 eine in das Lenkgetriebegehäuse 12 axial eingefügte Führungsbuchse 20, welche dazu ausgebildet ist, die Zahnstange 14 gegen eine senkrecht zur Zahnstange 14 wirkende, drehmomentinduzierte, Federkraft F2 abzustützen.

In einem ersten Belastungszustand der Zahnstange 14, in welchem eine auf die Zahnstange 14 wirkende Federkraft F2 geringer als eine durch das Druckstück 18 angewendete Anpresskraft Fl ist, ist die Zahnstange 14 durch das Druckstück 18 spielfrei an das Zahnritzel 16 anpressbar.

In einem zweiten Belastungszustand der Zahnstange 14, in welchem die auf die Zahnstange 14 wirkende Federkraft F2 größer als die durch das Druckstück 18 angewendete Anpresskraft Fl ist, ist die Zahnstange 14 durch die Führungsbuchse 20 abstützbar.

In dem zweiten Belastungszustand der Zahnstange 14 ist ein Druckstückspiel hierbei größer als ein Spiel der Führungsbuchse 20 einstellbar. Das Druckstück 18 ist durch die Zahnstange 14 zumindest abschnittsweise axial verschiebbar, wenn die auf die Zahnstange 14 wirkende Federkraft F2 größer als die durch das Druckstück 18 angewendete Anpresskraft Fl ist.

Ein Anschlagelement 30, insbesondere ein Anschlagring, zur axialen Sicherung der Führungsbuchse 20 ist an einem axialen Endabschnitt der Führungsbuchse 20 angeordnet. Das Anschlagelement 30 ist ferner dazu ausgebildet, eine Anschlagfläche für eine Spurstange des Lenksystems 1 bereitzustellen.

Fig. 2 zeigt eine Längsschnittansicht eine Querschnittsansicht des Lenkgetriebes 10 für das Lenksystem 1 des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Die Führungsbuchse 20 weist axial zumindest abschnittsweise eine Querschnittskontur auf, welche auf einer ersten Seite 22, insbesondere an einer im Montagezustand der Führungsbuchse 20 dem Lenkgetriebegehäuse 12 zugewandten Seite, an eine Querschnittskontur des Lenkgetriebegehäuses 12 angepasst ist.

Ferner weist die Führungsbuchse 20 auf einer zweiten Seite 24, insbesondere an einer im Montagezustand der Führungsbuchse 20 der Zahnstange 14 zugewandten Seite, zumindest abschnittsweise eine Querschnittskontur auf, welche an eine Querschnittskontur der Zahnstange 14 angepasst ist.

Das Lenkgetriebegehäuse 12 weist an einer im Montagezustand oberen Innenseite einer Öffnung 12a des Lenkgetriebegehäuses 12, in welcher Öffnung die Führungsbuchse 20 angeordnet ist, eine axiale Nut 26 auf, in die ein axial ausgebildeter Vorsprung 28 der Führungsbuchse 20 eingefügt ist. Der in die axiale Nut 26 des Lenkgetriebegehäuses 12 eingefügte axiale Vorsprung 28 der Führungsbuchse 20 ist dazu ausgebildet, die Führungsbuchse 20 in einer vorgegebenen Stellung radial zum Lenkgetriebegehäuse 12 auszurichten.

Ein Führungsbuchsenspiel ist durch Bereitstellen der Führungsbuchse 20 mit einer vorgegebenen Exzentrität zwischen einer Innenkontaktfläche der Führungsbuchse 20 zur Zahnstange 14 und einer Außensitzfläche der Führungsbuchse 20 im Lenkgetriebegehäuse 12 einstellbar. Das Führungsbuchsenspiel setzt sich dabei aus einem Buchseneinbauraum, insbesondere einem Freiraum zwischen einem Zahnstangenrücken und dem Lenkgetriebegehäuse 12, wenn das Zahnritzel 16 mit der Zahnstange 14 im Eingriff ist, und einer Wandstärke der Führungsbuchse 20 zusammen.

Fig. 3a zeigt eine vergrößerte Längsschnittansicht des Lenkgetriebes 10 für das Lenksystem 1 des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Eine axiale Länge der Führungsbuchse 20 ist dabei größer als ein Abstandsmaß von der Öffnung 12a des Lenkgetriebegehäuses 12 zum Druckstück 18.

Fig. 3b zeigt eine perspektivische Darstellung einer Führungsbuchse 20 des Lenkgetriebes 10 für das Lenksystem 1 des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Eine im Montagzustand untere Seite der Führungsbuchse 20, insbesondere eine dem Lenkgetriebegehäuse 12 zugewandte Seite, weist eine Öffnung auf, durch welche das Druckstück 18 mit der Zahnstange 14 in Anlage bringbar ist.

Fig. 4a zeigt eine vergrößerte Längsschnittansicht des Lenkgetriebes 10 für das Lenksystem 1 des Kraftfahrzeugs gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Eine axiale Länge der Führungsbuchse 20 ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform kleiner oder gleich einem Abstandsmaß von der Öffnung 12a des Lenkgetriebegehäuses 12 zum Druckstück 18.

Fig. 4b zeigt eine perspektivische Darstellung der Führungsbuchse 20 des Lenkgetriebes 10 für das Lenksystem 1 des Kraftfahrzeugs gemäß der weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Eine im Montagzustand untere Seite der Führungsbuchse 20, insbesondere eine dem Lenkgetriebegehäuse 12 zugewandte Seite, weist herbei keine Öffnung auf, da sich ein axialer Endabschnitt der Führungsbuchse 20 mit dem Druckstück 18 nicht überschneidet.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung des Lenksystems 1 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 14 betätigendes Zahnritzel 16 auf. Das Lenkgetriebe 10 ist ferner mit entsprechenden anzulenkenden Rädern 4, 5 verbunden.