DE3515583C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Zahnstangen-Lenkgetriebe von Fahrzeu­ gen, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist.

Solche Zahnstangen-Lenkgetriebe mit Druckstücken sind gemäß DE-OS 28 07 005 bekannt. Diese weisen sowohl drehbare Stützglieder in Form einer Wälzlagerung, als auch die Möglichkeit einer gleitenden Anlage auf, die hier die Funktion einer Reibungsbremse hat. Bei radialen Stößen, die auf die Zahnstange einwirken, wird das federnde Stützglied zurückgedrückt und die Zahnstange kommt in einer Keilnut des Druckstücks zur Anlage, die eine Bewegung der Zahnstange abbremsen sollen. Diese Bremsung der Zahnstange bei Stößen erfolgt vom Lenkeinschlag.

Es ist auch ein Zahnstangen-Lenkgetriebe mit gewölbtem Rücken der Zahn­ stange bekannt (DE-OS 33 32 483), bei dem zwischen dem federnden Druck­ stück und ihrem rückwärtigen Anschlag ein kleines Spiel herrscht, das, wenn es größer wird, zu unerwünschten Schlaggeräuschen führen kann. Eine Vergrößerung des Spiels tritt auf, wenn die Zahnstange nach längerem Gebrauch abgenützt ist, was hauptsächlich im Geradeausfahrtbereich der Fall ist. Die Auswölbung soll den Ausgleich dieser Abnützung durch eine spätere Nachstellung des Druckstücks ermöglichen.

Bei der Lenkbetätigung muß der Lenkwiderstand überwunden werden, der zu einem gewissen Anteil aus den Reibungsverlusten des Lenkgetriebes stammt. Während einer Kurvenfahrt, also während des Lenkeinschlags, soll der Lenkwiderstand gering sein, während bei schneller Geradeausfahrt ein erhöhter Widerstand es erleichtert, das Lenkrad oder die sonstige Lenk­ handhabe ohne wesentlichen Eigenkraftaufwand stabil in seiner Lage zu halten. Eine solche differenzierte Lenkwiderstandscharakteristik vermit­ telt dem Fahrer ein stabiles Lenkgefühl. Die bekannten Zahnstangen-Lenk­ getriebe bieten in dieser Hinsicht keine Hilfe, sie weisen in allen Lenkeinschlagstellungen gleichen Widerstand gegen eine Verstellung auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Zahnstangen-Lenkge­ triebe mit einfachen Maßnahmen zu erreichen, daß sein Lenkwiderstand in Abhängigkeit vom momentanen Lenkeinschlag unterschiedlich ist.

Dies wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Maßnahme erreicht. Sie bewirkt eine rollende Reibung der Zahnstange während der Kurvenfahrt und eine Gleitreibung, die bekanntlich eine höhere Reibungskraft ausübt als die rollende Reibung, während der Geradeausfahrt. Die Selektivität des Verstellwiderstands der Zahnstange wird durch überaus einfache Mittel erreicht und auch die präzise Wahl der Einteilung der Widerstandszonen und Widerstandswerte ist ohne jede Schwierigkeit allein durch eine mechanische Formgebung stufenlos durchführbar.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der nockenartige Abschnitt durch einen im mittleren Teil des Zahnstangenrückens gebilde­ ten eingebuchteten Teil geschaffen. Kämmt also das Ritzel des Lenkgetrie­ bes mit den im axial mittleren Teil befindlichen Zähnen, so liegt die Zahnstange nicht an der drehbaren Stützeinrichtung an, sondern wird von der Stützfläche des jochartigen Druckstücks getragen, so daß der Gleitwi­ derstand der Zahnstange höher ist. Das Lenkhandrad wird also durch Stöße auf die Lenkräder des Fahrzeugs oder Vibrationen nicht frei verdreht. Kämmt hingegen das Ritzel mit den Zähnen an einem anderen Teil des Zahnstangenrückens als an deren axialem Mittelteil, so liegt auch der eingebuchtete Teil der Zahnstange rechts oder links vom drehbaren Stütz­ glied, das somit die Zahnstange anhebt, so daß die niedrigere rollende Reibung vorliegt. Bei der Lenkbetätigung wird also der Lenkwiderstand niedrig und auch hierbei tritt ein gutes, stabiles Lenkgefühl auf.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfin­ dungsgemäßen Zahnstangen-Lenkgetriebes mit Druckstück in einer zur Axialrichtung der Zahnstange normalen Schnittebene im Zustand der Geradeausfahrt;

Fig. 2 den Schnitt 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 einen Teilschnitt entsprechend Fig. 1 unter Darstellung des Mecha­ nismus im Zustand der Kurvenfahrt;

Fig. 4 den Schnitt 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 einen Teilschnitt entsprechend Fig. 3 durch eine zweite Ausfüh­ rungsform eines erfindungsgemäßen Zahnstangen-Lenkgetriebes in einer aus Axialrichtung der Zahnstange normalen Schnittebene im Zustand der Geradeausfahrt;

Fig. 6 den Schnitt 6-6 in Fig. 5;

Fig. 7 einen Schnitt entsprechend Fig. 5 des Mechanismus im Zustand der Kurvenfahrt; und

Fig. 8 den Schnitt 8-8 in Fig. 7.

Zunächst sei unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 eine dort darge­ stellte erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Ein Ritzel 11 ist in einem Gehäuse 12 durch Lager 13 und 14 drehbar gelagert und wird durch eine Antriebswelle 15 angetrieben. Eine Zahnstange 16 trägt Zähne 17, mit denen das Ritzel 11 kämmt. Bei einer Drehung des Ritzels 11 gleitet die Zahnstange 16 geradlinig durch das Gehäuse 12. Die Zahnstan­ ge 16 wird unter Gleitberührung von einem Druckstück 18 in Gestalt einer jochartigen Trägerschiene abgestützt, das im Gehäuse 12 um eine gewisse Weite auf- und abwärts bewegbar eingesetzt ist. Fig. 1 zeigt das Druck­ stück 18 im angehobenen Zustand.

Die Zahnstange 16 weist an ihrer Unterseite seitliche Unterflächen 19 und 21 auf, die allgemein zylindersegmentförmig sind, und auf der Oberseite des schienenartigen Druckstücks 18 befinden sich komplementär zylindersegmentförmig gestaltete Stüzflächen 22 und 23, auf denen die seitlichen Unterflächen 19 und 21 der Zahnstange 16 zu deren Abstützung aufliegen. An der Unterseite des Druckstücks 18 greift ein Ende von wenigstens einer Schraubenfeder 24 an, deren anderes Ende sich an einem Teil im Gehäuse 12 abstützt. Durch diese Schraubenfeder 24 wird das Druckstück 18 stets nach oben gedrückt und federnd angehoben.

Ein Innenring 25, ein Außenring 26 und eine Anzahl von Kugeln 27, die drehbar zwischen den Ringen 25 und 26 eingefügt sind, bilden ein Lager, das als drehbares Stützglied 28 für den Rücken der Zahnstange 16 dient und im Druckstück mit Hilfe eines Lagerbolzens 29 montiert ist, auf dem der Innenring 25 befestigt ist und dessen gegenüberliegende Enden so im Druckstück 18 montiert sind, daß der Lagerbolzen 29 parallel zur Drehach­ se des Ritzels 11 verläuft. Der obere Rand des drehbaren Außenrings 26 steht um eine Höhe d ₁ über eine den Zahnstangenrücken an den jeweiligen unteren Enden der Stützflächen 22 und 23 des Druckstücks 18 bildende Ebene vor, er steht also von der Mitte der Unterseite der allgemein halbzylinder-rinnenförmigen gesamten Stützfläche vor.

Am Rücken der Zahnstange 16, also auf der den Zähnen 17 gegenüberliegen­ den Seite erstrecken sich ebene Flächenabschnitte 31, auf dieser Seite ist die Zahnstange also abgeflacht. In der in Fig. 2 dargestellten Weise ist im axialen Mittelteil der Zahnstange 16, in bezug auf deren Längsaus­ dehnung gesehen, im Zahnstangenrücken in der abgeflachten Unterseite eine Einsenkung 32 mit einer Tiefe d ₂, die geringfügig größer ist als die Vorstehhöhe d ₁ des Außenrings 26 des drehbaren Stützglieds 28, gebildet. Die Einsenkung 32 setzt sich an ihren gegenüberliegenden Enden in geneigten Flächen fort, die Rampen 33 zu ebenen Abschnitten 31 bilden.

Die Fig. 1 und 2 zeigen den Angriff des Ritzels 11 an den Zähnen 17 im axialen Mittelbereich der Zahnstange 16, also im Zustand der Geradeaus­ fahrt des Fahrzeugs. In diesem Zustand steht der Außenring 26 des Stützglieds 28 der Einsenkung 32 gegenüber und greift nicht an der Zahnstange 16 an, da dazwischen ein Luftspalt einer Dicke d ₃ liegt, die die Differenz zwischen der Tiefe d ₂ der Einsenkung 32 und der Vorstehhö­ he d ₁ des Außenrings 26 ist. Die seitlichen Unterflächen 19 und 21 stützen sich also auf den seitlichen Stützflächen 22 bzw. 23 des Druckstücks 18 ab. Der durch die Gleitreibung verursachte Reibungswider­ stand der Zahnstange 16 wird hoch, wodurch sich bei der Geradeausfahrt das Lenkradgefühl stabilisiert und sich das Lenkrad nicht aufgrund von Rückstößen und Vibrationen frei drehen kann.

Die Fig. 3 und 4 zeigen den Zustand beim Durchfahren einer Linkskurve, bei der sich die Zahnstange 16 nach rechts bewegt, wie in Fig. 4 durch einen Pfeil eingezeichnet ist. Auch die Einsenkung 32 ist aufgrund der Bewegung der Zahnstange 16 nach rechts bewegt und der Außenring 26 des Stützglieds 28 liegt am ebenen Abschnitt 31 der Zahnstange 16 an.

Gleichzeitig ist das Druckstück 18 entgegen der elastischen Kraft der Feder 24 in seine abgesenkte Stellung verschoben. Durch die Anlage des Außenrings 26 am ebenen Abschnitt 31 hat sich zwischen den Flächen 19 und 21 der Zahnstange 16 und den entsprechenden Flächen 22 und 23 des Druckstücks 18 ein Luftspalt einer Dicke d ₄ gebildet. Wird also das Fahrzeug nach links gelenkt, so wird die Zahnstange 16 vom drehbaren Stützglied 28 getragen, so daß ihr Reibungswiderstand niedrig ist. Das Fahrzeug kann nun mit leichter Lenkkraft gelenkt werden und es stellt sich wiederum das richtige Lenkgefühl ein. Der gleiche Effekt tritt bei einer Lenkung nach rechts auf.

Die Fig. 5 bis 8 veranschaulichen eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wobei Teile, die den entsprechenden Teilen der ersten Ausfüh­ rungsform gleichen, mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und nicht mehr im einzelnen beschrieben werden. Bei dieser Ausführungsform sind die seitlichen Unterflächen am Rücken der Zahnstange 16, die den entspre­ chenden Stützflächen 22 und 23 des Druckstücks 18 gegenüberliegen, folgendermaßen gestaltet: Diese seitlichen Unterflächen weisen jeweils einen sichtbar vorstehenden flachen Abschnitt 41, der durch geneigte Rampen 42 in relativ zurückgesetzte Flächenteile 43 übergeht, an derjeni­ gen Stelle auf, an der das Ritzel 11 in der axialen Mittelstellung der Zahnstange 16 an den Zähnen 17 angreift. Diese Gestaltung ist so hergestellt, daß die Zahnstange rechts und links von den jeweiligen vorstehenden Abschnitten 41 in ihrer Dicke verringert ist, wodurch die zurückgesetzten Teile 43 entstehen, die jeweils eine in Fig. 6 eingetra­ gene Tiefe d ₅ aufweisen.

Die Fig. 5 und 6 stellen den Zustand bei Geradeausfahrt dar. Das Ritzel 11 greift hierbei am axialen Mittelteil der Zahnstange 16 an deren Zähnen 17 an und die vorstehenden Abschnitte 41 liegen an den entspre­ chenden seitlichen Stützflächen 22 und 23 des Druckstücks 18 an, so daß die Zahnstange 16 einen hohen Gleitreibungswiderstand überwinden muß. Hierbei ist die Zahnstange 16 in Vertikalrichtung unbeweglich, obwohl die vorstehenden Abschnitte 41 eine die Zahnstange 16 aufwärtsdrückende Kraft ausüben, mit der Folge, daß das Druckstück 18 entgegen der Federkraft der Feder 24 nach unten gedrückt wird und zwischen dem ebenen Abschnitt 31 der Zahnstange 16 und dem Außenring 26 des drehbaren Stützglieds 28 ein Spalt einer Dicke d ₆ auftritt. Der Abschnitt 31 der Zahnstange 16 wird also nicht vom Außenring 26 getragen.

Durchfährt das Fahrzeug eine Rechtskurve, so ergibt sich der Zustand nach den Fig. 7 und 8, bei dem die Anlage der vorstehenden Abschnitte 41 der Zahnstange 16 auf die entsprechenden Stützflächen 22 und 23 des Druckstücks 18 sich gelöst hat und die zurückgesetzten Teile 43 den entsprechenden Stützflächen 22 und 23 gegenüberliegen. Obwohl die Zahn­ stange 16 aufgrund der zurückgesetzten Teile 43 heruntergesetzt werden könnte, verbleibt sie wie beschrieben in vertikal fixierter Lage, so daß das Druckstück 18 aufgrund der Feder 24 angehoben wird. Der ebene Abschnitt 31 der Zahnstange 16 liegt also am Außenring 26 des Stütz­ glieds 28 an und zwischen den zurückgesetzten Teilen 43 auf den beiden Seiten der Zahnstange 16 und den entsprechenden Stützflächen 22 und 23 des Druckstücks 18 befindet sich jeweils ein Zwischenraum. Die Zahnstan­ ge 16 wird also vom drehbaren Stützglied 28 getragen und die Lenkradbetä­ tigung ist leicht.

Claims (3)

1. Zahnstangen-Lenkgetriebe von Fahrzeugen, mit einem Druckstück, das jochartig den Rücken der Zahnstange umfaßt und in seiner axialen Mittelebene ein drehbares Stützglied enthält, das durch Federkraft gegen den Zahnstangenrücken angelegt ist und dessen Wälzbahn um einen geringen Betrag über die jochartige Stützfläche des Druckstückes vorsteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (18) und das drehbare Stützglied (28) gemeinsam federnd an den Rücken der Zahnstan­ ge (16) gedrückt sind und der Zahnstangenrücken in seinen mit der Stützfläche des Druckstückes (18) oder in seinen mit der Wälzbahn des drehbaren Stützgliedes (28) in Eingriff tretenden Flächenteilen nockenartige, durch Rampen (33, 42) begrenzte Abschnitte (31, 41) aufweist, die in ihrer axialen Erstreckung so am Zahnstangenrücken angeordnet sind, daß dieser im Bereich der Lenkungsmittelstellung nur durch die jochartige Stützfläche des Druckstückes (18) und in den Lenkeinschlagstellungen nur durch das drehbare Stützglied (28) unter­ stützt wird.

2. Zahnstangen-Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nockenartigen Abschnitte (31) durch eine Einsenkung (32) des Zahnstangenrückens von einer Tiefe gebildet sind, die die Vorsteh­ weite des drehbaren Stützglieds übertrifft.

3. Zahnstangen-Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nockenartigen Abschnitte (41) aus einem Vorsprung zwischen zurück­ gesetzten Teilen (43), die vom axialen Mittelteil der Zahnstange zu dessen gegenüberliegenden Enden zu verlaufen, bestehen.