Lenkgetriebe für eine Zahnstangenlenkunq

Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für eine Zahnstangenlenkung, mit einem Gehäuse, in dem eine Zahnstange und ein Ritzel angeordnet sind, einem Druckstück, das ebenfalls im Gehäuse angeordnet ist und zwei separate

Druckstückelemente umfaßt, sowie einem Federelement, das auf die

Druckstückelemente wirkt.

Zahnstangenlenkungen für Fahrzeuge sind in verschiedenen Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt. Aufgrund ihres Funktionsprinzips weisen alle Zahnstangenlenkungen ein Lenkgetriebe mit einer Zahnstange und einem Ritzel auf, wobei das Ritzel mit einem gezahnten Bereich der Zahnstange kämmt. Eine über das Lenkrad auf die Lenkwelle und das Ritzel aufgebrachte Rotationskraft wird dabei in eine Zahnstangen-Normalkraft umgewandelt und an lenkbare Räder eines Fahrzeugs weitergeleitet. üblicherweise sind die Zahnstangenlenkungen heutzutage als hydraulische Hilfskraftlenkungen ausgebildet, die einen Fahrzeugführer beim Lenkvorgang unterstützen.

Da im Lenkgetriebe mitunter beträchtliche Kräfte auftreten, wurde bereits recht früh erkannt, daß besondere Vorkehrungen zu treffen sind, um die Zahnstange in möglichst spielfreiem Eingriff mit dem Ritzel zu halten. Es besteht ansonsten die Gefahr, daß sich die Zahnstange unter Belastung vom Ritzel wegbewegt, indem sie sich quer zur Zahnstangenlängsrichtung verbiegt. Dabei würde es zumindest zu einer unerwünschten Erhöhung des Spiels in der Lenkung, im Extremfall sogar zu einem „Durchrutschen" der Lenkung kommen.

Um dies zu verhindern, wird im Bereich des Ritzels ein Druckstück eingesetzt, welches eine Verformung der Zahnstange verringern oder unterbinden soll.

In der US 3,820,415 ist beispielsweise ein keilförmiges Druckstück offenbart, das auf der dem Ritzel entgegengesetzten Seite der Zahnstange angeordnet und zwischen die Zahnstange und ein Zahnstangengehäuse geklemmt ist. Das

Druckstück wird dabei entweder in seine gewünschte Position gebracht und dort fixiert oder durch eine Schraubenfeder in eine geklemmte Position beaufschlagt.

Die Krafteinleitung ist bei Druckstückausführungen gemäß der US 3,820,415 allerdings nicht optimal, da die Reaktionskraft zum Abstützen der Zahnstange am Druckstück bzw. am Zahnstangengehäuse in der Regel nicht genau entgegengesetzt zu derjenigen Kraft wirkt, welche die Zahnstange auf Biegung beansprucht. Es verbleibt eine resultierende Kraftkomponente, welche die Zahnstange auf Torsion beansprucht und somit eine neue, unerwünschte Belastung darstellt.

Alternativ sind Druckstückausführungen bekannt, bei denen eine Schraubenfeder auf der dem Ritzel entgegengesetzten Seite der Zahnstange angeordnet ist und bezogen auf die Zahnstange eine radiale Federkraft ausübt. Ein derartiges Druckstück ist beispielsweise in der gattungsgemäßen DE 10 2004 025 247 A1 offenbart. Das Druckstück besteht in dieser Schrift aus zwei Elementen, welche durch ein zusätzlich vorgesehenes übertragungselement in Zahnstangenlängsrichtung auseinandergespreizt werden, damit das Druckstück nicht im Getriebe- gehäuse klappert. Der Nachteil bei dieser Lösung ist, daß die Schraubenfeder nahezu die gesamte Biegekraft quer zur Zahnstangenlängsrichtung aufnehmen muß, um eine Durchbiegung der Zahnstange zu minimieren. Dementsprechend ist eine relativ große bzw. harte Schraubenfeder notwendig. Unter dem Gesichtspunkt einer reibungsarmen Bewegung der Zahnstange in axialer Richtung, also einer leichtgängigen Lenkung, wäre bei geringer Biegebelastung hingegen eine weiche Feder vorteilhaft, so daß eine optimale Abstimmung schwierig ist. über die gesamte Lebensdauer der Zahnstangenlenkung gesehen, kann bei einer Druckstückausführung gemäß der DE 10 2004 025 247 A1 auch das Verhalten des Federwerkstoffs unter Langzeitbelastung (Kriechen, Relaxation) relevant werden, da sich Veränderungen der Federkraft bzw. des Federwegs in diesem Fall unmittelbar auf das Lenkungsverhalten des Fahrzeugs auswirken.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein möglichst kompaktes Druckstück für eine Zahnstangenlenkung zu schaffen, das einer auftretenden Biegebelastung möglichst ideal entgegenwirkt und über die gesamte Lebensdauer der Lenkung ein im wesentlichen gleichbleibendes Lenkungsverhalten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lenkgetriebe der eingangs genannten Art gelöst, bei dem das Federelement bezüglich der Zahnstange eine

Federkraft in tangentialer Richtung bereitstellt und die beiden Druckstückelemente bezogen auf die Umfangsrichtung der Zahnstange in entgegengesetzte Richtungen beaufschlagt. Dadurch, daß das Federelement nicht mehr (oder nur zu einem sehr geringen Teil) die Biegebelastung der Zahnstange aufnehmen muß, kann das Federelement sehr weich und klein dimensioniert sein. Der unmittelbare Einfluß des Federelements bzw. der Federkraft auf die Zahnstange und damit das Lenkungsverhalten des Fahrzeugs ist gering, so daß sich das Verhalten des Federwerkstoffs unter Langzeitbelastung kaum auswirkt. Erfindungsgemäß ist die Federkraft hauptsächlich dazu notwendig, die beiden Druckstückelemente mit im wesentlichen konstanter Kraft in einen Zwischenraum zu drücken, den das Gehäuse und die Zahnstange ausbilden.

Vorzugsweise greift das Federelement dabei unmittelbar an den Druckstückelementen an. Dadurch ergibt sich eine einfache Konstruktion mit wenigen Bau- teilen und geringem Montageaufwand im Lenkgetriebe.

In einer Ausführungsform wirkt die Federkraft des Federelements ausschließlich in tangentialer Richtung. Durch diese Maßnahme ist der unmittelbare Einfluß des Federelements auf das Lenkungsverhalten am geringsten. Infolgedessen ergibt sich, über die Lebensdauer der Servolenkung gesehen, ein besonders konstantes Lenkungsverhalten der Zahnstangenlenkung.

Die beiden Druckstückelemente können, in Umfangsrichtung der Zahnstange gesehen, jeweils keilförmig ausgebildet sein, mit einem breiten Keilende und einem schmalen Keilende. Durch die Keilform der Druckstückelemente können etwaige Abnutzungserscheinungen an den Druckstückelementen dadurch ausgeglichen werden, daß die Druckstückelemente vom Federelement etwas weiter in einen ebenfalls keilförmigen Zwischenraum von Gehäuse und Zahnstange gedrückt werden. Außerdem kann durch eine geeignete Keilform der Druckstückelemente sichergestellt werden, daß die Beanspruchung des Federelements durch die Biegebelastung der Zahnstange gering ist. Die keilförmigen Druckstückelemente sind bevorzugt so angeordnet, daß die breiten Keilenden, in Umfangsrichtung der Zahnstange gesehen, aneinander angrenzen.

Dabei kann das Federelement in einer Ausführungsform an den breiten Keilenden der Druckstückelemente angreifen. Die breiten Keilenden bieten eine ausreichend große Angriffsfläche für das Federelement, so daß im Gehäuse kein zusätzlicher Bauraum zur Aufnahme des Federelements vorgesehen werden muß. Insbesondere ist die Angriffsfläche der breiten Keilenden auch groß genug, um beispielsweise Schlitze vorzusehen, die das Federelement in seiner Lage fixieren können.

In dieser Ausführungsform ist das Federelement bevorzugt eine Druckfeder, welche die breiten Keilenden der Druckstückelemente, in Umfangsrichtung der Zahnstange gesehen, voneinander weg beaufschlagt.

Vorzugsweise grenzen die schmalen Keilenden, in Umfangsrichtung der

Zahnstange gesehen, an einen gezahnten Bereich der Zahnstange an. Die keilförmigen Druckstückelemente umgreifen also abschnittsweise die Zahnstange im Bereich des Ritzels und bilden damit quer zur Zahnstangenlängsrichtung eine gute Zahnstangenführung.

In einer Ausführungsform ist das Federelement eine Haarnadelfeder, während es in einer anderen Ausführungsform eine C-Feder ist. Diese Federtypen sind preiswert und einfach herstellbar. Außerdem sind sie besonders geeignet, da sie nur einen sehr geringen Bauraum benötigen. In einer weiteren Ausführungsform ist im Gehäuse eine Gehäuseöffnung zur

Montage und Demontage des Federelements vorgesehen. Ein Austausch des Federelements ist somit auch nachträglich, bei bereits fertig montiertem Lenkgetriebe sehr einfach möglich.

Die Gehäuseöffnung ist in dieser Ausführungsform vorzugsweise durch einen Stopfen verschlossen. Die Feder und das Druckstück sind dadurch zwar jederzeit zugänglich, aber dennoch vor Verschmutzung oder äußeren Einflüssen geschützt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:

- Figur 1 eine schematische übersichtsskizze einer Zahnstangenlenkung mit erfindungsgemäßem Lenkgetriebe;

- Figur 2 eine teilweise freigeschnittene, perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes in einer ersten Ausführungsform; und - Figur 3 eine teilweise freigeschnittene, perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes in einer zweiten Ausführungsform.

Die Figur 1 zeigt eine Zahnstangenlenkung 10, bei der über ein Lenkgetriebe 12 eine manuell an einem Lenkrad 14 aufgebrachte und über ein Lenkgestänge 16 weitergeleitete Lenkkraft auf lenkbare Räder 18 eines Fahrzeugs übertragen wird. Das Lenkgetriebe 12 umfaßt dabei ein Gehäuse 20, in dem eine Zahnstange 22 und ein Ritzel 24 angeordnet sind, wobei das Ritzel 24 mit einem gezahnten Bereich 26 der Zahnstange 22 kämmt. Im Gehäuse 20 ist auch ein Druckstück 28 angeordnet, das zwei separate Druckstückelemente 30, 32 aufweist, sowie ein Federelement 34, das auf die Druckstückelemente 30, 32 wirkt (vgl. Figuren 2 und 3). In Figur 1 ist das Druckstück 28 nur sehr schematisch in zwei möglichen Einbaupositionen dargestellt. Je näher das Druckstück 28 dabei am Angriffspunkt zwischen dem Ritzel 24 und der Zahnstange 22 liegt, desto wirksamer kann das Druckstück 28 eine Bewegung der Zahnstange 22 weg vom Ritzel 24 verhindern. Obwohl in Figur 1 lediglich eine Position links und rechts des Ritzels 24 dargestellt ist, kann das Druckstück 28 des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes 12 auch direkt gegenüber dem Ritzel 24 angeordnet sein.

Die Figur 2 zeigt einen Detailausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Lenkgetriebe 12 nach Figur 1 im Bereich des Druckstücks 28. Es ist gut zu erkennen, daß das Druckstück 28 zwei Druckstückelemente 30, 32 umfaßt, die in Umfangs- richtung der Zahnstange 22 gesehen jeweils keilförmig ausgebildet sind, mit einem breiten Keilende 36 und einem schmalen Keilende 38. Die keilförmigen Druckstückelemente 30, 32 sind dabei so angeordnet, daß die breiten Keilenden 36, in Umfangsrichtung der Zahnstange 22 gesehen, aneinander angrenzen. Zwischen den Druckstückelementen 30, 32 ist das Federelement 34 vorgesehen, welches bezüglich der Zahnstange 22 eine Federkraft in tangentialer Richtung bereitstellt und die beiden Druckstückelemente 30, 32 bezogen auf die Umfangsrichtung der Zahnstange 22 in entgegengesetzte Richtung beaufschlagt.

In der Ausführungsform nach Figur 2 ist das Federelement 34 eine Druckfeder, welche die breiten Keilenden 36 der Druckstückelemente 30, 32, in Umfangsrichtung der Zahnstange 22 gesehen, voneinander weg beaufschlagt, wobei das Federelement 34 an den breiten Keilenden 36 der Druckstückelemente 30, 32 angreift.

Auf der dem Federelements 34 gegenüberliegenden Seite weist die Zahnstange 22 den gezahnten Bereich 26 auf, der in den Figuren 2 und 3 im Anschnitt der Zahnstange 22 abgeflacht dargestellt ist. Die schmalen Keilenden 38 der Druckstückelemente 30, 32 grenzen, in Umfangsrichtung der Zahnstange 22 gesehen, an diesen gezahnten Bereich 26 an, berühren ihn aber nicht. Dadurch wird eine erhöhte Reibung oder ein Verhaken zwischen den Druckstückelementen 30, 32 und dem gezahnten Bereich 26 ausgeschlossen.

Für die erste Ausführungsform gemäß Figur 2 ist noch hervorzuheben, daß das Federelement 34 eine U-förmige Haarnadelfeder ist, deren Schenkel etwas nach außen gekrümmt sind. An den breiten Keilenden 36 der Druckstückelemente 30, 32 sind in Längsrichtung der Zahnstange 22 Schlitze 40 vorgesehen, in welche die nach außen gekrümmten Schenkelabschnitte der Haamadelfeder eingreifen können, um das Federelement 34 in seiner montierten Position zu fixieren. Ferner ist im Gehäuse 20 eine Gehäuseöffnung 42 vorgesehen, die als Kontrollöffnung dient.

Die Figur 3 zeigt einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes 12 in einer zweiten Ausführungsform, wobei sich diese lediglich durch ein verändertes Federelement 34 und eine veränderte Federaufnahme im Druckstück 28 von der ersten Ausführungsform nach Figur 2 unterscheidet. Das Federelement 34 gemäß Figur 3 ist eine C-Feder mit zwei Federenden, die aus der Federebene heraus in Richtung zum Gehäuse 20 abgewinkelt sind. Wie in der ersten Ausführungsform sind die breiten Keilenden 36 geschlitzt, so daß Abschnitte der C-Feder eingreifen können, um das Federelement 34 in seiner montierten Position zu fixieren. Angrenzend an das Gehäuse 20 sind die Druckstückelemente 30, 32 im Bereich ihrer breiten Keilenden zusätzlich kreissegmentförmig ausgenommen, um eine leichte Montage und Demontage des Federelements zu ermöglichen. Genau in diesem Bereich der kreissegmentförmigen Ausnehmungen ist auch eine Gehäuseöffnung 42 zur

Montage und Demontage des Federelements 34 vorgesehen. Mit einer Zange können dabei die Enden des Federelements 34 so zusammengedrückt werden, daß sich der Radius der C-Feder verkleinert, wodurch sich die Federabschnitte aus den Schlitzen 40 der Druckstückelemente 30, 32 herausbewegen. Anschließend kann das Federelement 34 durch die kreissegmentförmigen Ausnehmungen der Druckstückelemente 30, 32 und die Gehäuseöffnung 42 herausgezogen und dem Lenkgetriebe 12 entnommen werden. Mit dem umgekehrten Vorgehen ist entsprechend eine Montage des Federelements 34 möglich. In beiden Ausführungsformen gemäß den Figuren 2 und 3 ist die Gehäuseöffnung 42 jeweils durch einen Stopfen 44 verschlossen, um das Gehäuseinnere vor Verschmutzung oder sonstigen äußeren Einwirkungen zu schützen.

Bei einer Biegebeanspruchung der Zahnstange 22 quer zu ihrer Längsrichtung stützt sich die Zahnstange 22 über das Druckstück 28, insbesondere im Bereich der breiten Keilenden 36 der Druckstückelemente 30, 32 am Gehäuse 20 ab, ohne daß das Federelement 34 in radialer Richtung unmittelbar beansprucht wird. Das Federelement 34 sorgt dafür, daß sich die breiten Keilenden 36 aufgrund der Belastung und der Keilform der Druckstückelemente 30, 32 nicht aufeinander zu bewegen, da in diesem Fall ein Spiel in der Zahnstangenlenkung 10 entstehen würde. Bei kleinem Keilwinkel der Druckstückelemente 30, 32 und geringem Abstand der breiten Keilenden 36 ist diese tangentiale Kraftkomponente verglichen mit der radialen Kraftkomponente gering, so daß das Federelement 34 lediglich eine relativ kleine Federkraft bereitstellen muß. Auch ohne Biegebeanspruchung der Zahnstange 22 werden die breiten

Keilenden 36 der Druckstückelemente 30, 32 vom Federelement 34 voneinander weg in ihre keilförmigen Aufnahmeräume zwischen Zahnstange 22 und Gehäuse 20 beaufschlagt. Dadurch können zum einen etwaige Abnutzungserscheinungen an den Druckstückelementen 30, 32 ausgeglichen werden, indem das Feder- element 34 die Druckstückelemente 30, 32 etwas weiter in ihren jeweiligen Aufnahmeraum drückt, zum anderen wird durch die Vorspannung ein Klappern der Druckstückelemente 30, 32 im Gehäuse 20 verhindert.