DE102008028768A1

DE102008028768A1 - Zahnstange für eine Zahnstangenlenkung

Info

Publication number: DE102008028768A1
Application number: DE200810028768
Authority: DE
Inventors: André Huk; Uwe Romeike
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-06-17
Filing date: 2008-06-17
Publication date: 2009-12-24

Abstract

Eine Zahnstange (2) für eine Zahnstangenlenkung umfasst ein erstes Zahnstangensegment (11) mit einem Verzahnungsabschnitt (16) sowie ein zweites Zahnstangensegment (12). Jedes der Zahnstangensegmente (11, 12) weist an einem axialen Ende einen Verbindungsabschnitt (18, 19) auf. Mindestens eines der Zahnstangensegmente (11, 12) weist einen hohlen Verbindungsabschnitt (18, 19) auf. Das erste und zweite Zahnstangensegment (11, 12) sind an den Verbindungsabschnitten (18, 19) abschnittsweise ineinandergesteckt. Die Verbindungsabschnitte (18, 19) sind durch Umformen miteinander verbunden. Die erfindungsgemäße Zahnstange (2) ist sowohl im Hinblick auf die Gewichts- und Kostenreduzierung als auch auf die eingesetzte Fügetechnik vorteilhaft. Im Bereich der Verbindungsabschnitte (18, 19) kann ein radial abstehender Anschlagring (13) vorgesehen sein, um eine innere Lenkhubbegrenzung vorzunehmen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zahnstange für eine Zahnstangenlenkung.
Zahnstangenlenkungen werden vor allem in Personenkraftfahrzeugen und leichten Nutzkraftfahrzeugen eingesetzt. Üblicherweise ist die Zahnstange in einem Lenkgetriebegehäuse aufgenommen, das am Fahrzeug befestigt ist. Dabei ist die Zahnstange relativ zu dem Lenkgetriebegehäuse axial verschiebbar, um einen Lenkwinkel an den Rädern des Fahrzeugs einzustellen. Hierzu sind an die Enden der Zahnstange zwei Spurstangen gelenkig angekoppelt, die zu den Fahrzeugrädern führen. Die Zahnstange weist ferner einen Verzahnungsabschnitt auf, der mit einem Lenkungsritzel einer Lenkwelle kämmt, um einen fahrerseitigen Lenkbefehl an die Fahrzeugräder zu übertragen. Bei elektromechanischen Lenkungen unterstützt ein Elektromotor die Lenkbewegung. Das Motormoment wird beispielsweise über einen Riementrieb auf eine Kugelgewindemutter übertragen, die mit einem an der Zahnstange ausgebildeten Spindelabschnitt in Eingriff steht.
Derartige Zahnstangenlenkungen sind beispielsweise aus der aus der DE 103 36 867 A1 und der DE 10 2004 007 354 A1 . Weitere elektromechanische Zahnstangenlenkungen sind aus der DE 102 23 863 A1 und der DE 103 36 856 A1 bekannt.
Der axiale Hub der Zahnstange wird in der Regel durch Anschlagflächen an den Spurstangengelenken begrenzt. Ferner ist bekannt, den axialen Hub durch einen an der Zahnstange vorgesehenen Anschlagring zu begrenzen, wie dies in der DE 102 22 761 A1 beschrieben ist.
In den meisten Fällen ist eine solche Zahnstange mit einem Gewicht von etwa 3 kg das schwerste Bauteil des Lenkgetriebes.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine leichtgewichtige Zahnstange zu schaffen, die sich einfach und kostengünstig fertigen lässt.
Diese Aufgabe wird durch eine Zahnstange gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Zahnstange umfasst ein erstes Zahnstangensegment mit einer Verzahnungsstruktur sowie ein zweites Zahnstangensegment. Sie zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass jedes der Zahnstangensegmente an einem axialen Ende einen Verbindungsabschnitt aufweist, mindestens einer der Verbindungsabschnitte hohl ist, das erste und zweite Zahnstangensegment an den Verbindungsabschnitten abschnittsweise ineinander gesteckt sind, und die Verbindungsabschnitte durch Umformen miteinander verbunden sind.
Durch die Segmentierung der Zahnstange können der Verzahnungsabschnitt und ein gegebenenfalls für einen Kugelgewindetrieb benötigter Spindelabschnitt effizient hergestellt werden. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht zudem einen einfachen und schnellen Zusammenbau beider Segmente. Durch die Hohlstruktur wird ferner das Bauteilgewicht gering gehalten.
Die erfindungsgemäße Zahnstange ist sowohl im Hinblick auf die Gewichts- und Kostenreduzierung als auch auf die eingesetzte Fügetechnik vorteilhaft.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Zahnstange sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
Insbesondere können zur weiteren Gewichtsreduzierung eines oder beide Zahnstangensegmente als Hohlwelle ausgebildet sein.
Zur umformtechnischen Verbindung der Zahnstangensegmente kann ferner einer der Verbindungsabschnitte eine oder mehrere Eintiefungen aufweisen, während der andere Verbindungsabschnitt abschnittsweise radial in die Eintiefung bzw. Eintiefungen gedrückt ist.
Weiterhin kann ein radial abstehender Anschlagring an der Zahnstange vorgesehen sein. Dieser ist vorzugsweise im Bereich der Verbindungsabschnitte angeordnet, woraus eine einfache und stabile Anordnung resultiert und auf besonders vorteilhafte Weise eine innere Lenkhubbegrenzung realisiert wird.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung ist der Anschlagring an einem der Verbindungsabschnitte unmittelbar angeformt. Es ist jedoch auch möglich, einen Anschlagring an einem der Verbindungsabschnitte zu befestigen oder einen solchen zwischen den Verbindungsabschnitten der Zahnstangensegmente festzulegen.
Weiterhin kann in den Anschlagring ein Dämpferelement integriert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine Längsschnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer der Zahnstange nach der Erfindung, wobei lediglich der Verbindungsbereich von zwei Zahnstangensegmenten dargestellt ist,
2 eine Längsschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Zahnstange nach der Erfindung, wobei lediglich der Verbindungsbereich von zwei Zahnstangensegmenten dargestellt ist, und in
3 eine schematische Ansicht eines Beispiels für eine elektromechanische Lenkung mit einer erfindungsgemäßen Zahnstange.
3 zeigt ein Lenkgetriebe 1 einer elektromechanischen Lenkung für ein Kraftfahrzeug. Das Lenkgetriebe 1 weist eine Zahnstange 2 auf, die in einem Lenkgetriebegehäuse 3 axial bewegbar gelagert ist. An der Zahnstange 2 greift ein Ritzel 4 einer Lenkwelle 5 an, über die ein vom Fahrer aufgebrachtes Lenkmoment in das Lenkgetriebe 1 eingeleitet wird. Ferner ist die Zahnstange 2 ist an ihren Enden mit nicht näher dargestellten Spurstangen gelenkig gekoppelt, die zu den Vorderrädern des Fahrzeugs führen. In dem Lenkgetriebegehäuse 3 ist ein Elektromotor 6 angeordnet, dessen Antriebsmoment zur Unterstützung des Fahrers über eine Getriebestufe 7, die einen Kugelgewindetrieb 8 einschließt, an der Zahnstange 2 als Axialkraft zur Wirkung gebracht wird. Die Drehachse des Elektromotors 6 verläuft bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel parallel zu der Zahnstange 2. Es ist jedoch auch möglich, den Elektromotor 6 koaxial um die Zahnstange 2 anzuordnen. Prinzipiell kann die Getriebestufe über Zahnräder realisiert werden. Vorzugsweise kommt jedoch ein Riementrieb zwischen einem mit dem Elektromotor 6 gekoppelten Antriebsrad und einem Abtriebsrad an der Kugelgewindemutter des Kugelgewindetriebs 8 zum Einsatz. Der zugehörige Riemen ist mit 9 bezeichnet.
Die Zahnstange 2 weist ein erstes Zahnstangensegment 11 und ein zweites Zahnstangensegment 12 auf, die miteinander verbunden sind. Zudem befindet sich an der Zahnstange 2 ein radial abstehender Anschlagring 13, um den axialen Hub der Zahnstange 3 zu begrenzen. Hierzu sind in dem Lenkungsgehäuse 3 geeignete Gegenanschläge 14 und 15 vorgesehen.
An dem ersten Zahnstangensegment 11 ist eine Verzahnungsstruktur 16 ausgebildet, die mit dem Ritzel 5 der Lenkwelle 4 in Eingriff steht. Das zweite Zahnstangensegment 12 weist einen Spindelabschnitt 17 auf, der sich über Kugeln mit der Kugelgewindemutter des Kugelgewindetriebs 8 in Eingriff befindet.
Sowohl das erste Zahnstangensegment 11 als auch das zweite Zahnstangensegment 12 des Ausführungsbeispiels sind als Hohlwelle ausgebildet, wodurch sich das Gewicht der Zahnstange 2 gegenüber einer Zahnstange aus Vollmaterial um etwa 1/3 reduzieren lässt.
Die Verbindung der beiden Zahnstangensegmente 11 und 12 ist in den 1 und 2 anhand von zwei Alternativen näher dargestellt.
Jedes Zahnstangensegment 11 bzw. 12 weist an einem axialen Ende einen Verbindungsabschnitt 18 bzw. 19 auf. Dabei ist mindestens einer der Verbindungsabschnitte 18 bzw. 19 hohl, so dass der Verbindungsabschnitt des anderen Zahnstangensegments in den Verbindungsabschnitt des ersten Zahnstangensegments eingesteckt werden kann. Die Verbindungsabschnitte 18 und 19 sind durch Umformen miteinander verbunden.
Wie die 1 und 2 zeigen, bildet der Verbindungsabschnitt 18 des einen Zahnstangensegments 11 einen Einsteckzapfen aus, dessen Durchmesser kleiner ist, als der unmittelbar anschließende Bereich dieses Zahnstangensegments 11, so dass eine axiale Anlageschulter 20 gebildet wird. Weiterhin ist der Einsteckzapfen mit einer Eintiefung versehen, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Ringnut 21 ausgeführt ist. Jedoch können alternativ auch eine oder mehrere lokale Eintiefungen an dem Einsteckzapfen vorgesehen sein. Zwischen der Anlageschulter 20 und der Ringnut 21 befindet sich ein zylindrischer Zentrierabschnitt 22. Am freien Ende des Verbindungsabschnitts 18 ist ein Außenumfangsabschnitt mit einer in Umfangsrichtung wirkenden Mitnehmerstruktur 23 vorgesehen, die mit einem Innenumfangsabschnitt des aufgesteckten anderen Verbindungsabschnitts 19 in Eingriff steht. Der Außenumfangsabschnitt mit der Mitnehmerstruktur 23 weist einen geringfügig kleineren Außendurchmesser als der Zentrierabschnitt 22 auf. Die Mitnehmerstruktur 23 kann beispielsweise als Rändel oder Verzahnung ausgeführt sein.
An dem anderen Zahnstangensegment 12 wird der hohle Verbindungsabschnitt 19 durch eine Einstecköffnung gebildet, welche einen Zentrierabschnitt 24 und einen weiteren Abschnitt 25 mit einem etwas kleineren Durchmesser aufweist. Zwischen diesen Abschnitten 24 und 25 ist der Verbindungsabschnitt 19 in die Eintiefung bzw. Ringnut 21 des erstgenannten Verbindungsabschnitts 18 gedrückt, so dass vor allem eine Axialsicherung der Zahnstangensegmente 11 und 12 zueinander erzielt wird. Ferner steht der weitere Abschnitt 25 mit der Mitnehmerstruktur 23 des erstgenannten Verbindungsabschnitts 18 in Eingriff, so dass eine Drehmomentabstützung gewährleistet ist. Die Kopplung kann hierbei rein formschlüssig erfolgen, indem an dem weiteren Abschnitt 25 eine mit der Mitnehmerstruktur 23 korrespondierende Oberflächenform vorgesehen wird. Es ist jedoch auch möglich, den weiteren Abschnitt 25 einfach mit der Mitnehmerstruktur 23 zu verpressen. Über die Zentrierabschnitte 22 und 24 werden die beiden Zahnstangensegmente 11 und 12 zueinander zentriert.
Beim Zusammenbau werden die Verbindungsabschnitte 18 und 19 der Zahnstangensegmente 11 und 12 ineinander gesteckt, bis der aufgesteckte Verbindungsabschnitt 19 mit seiner Stirnseite gegen die Anlageschulter 20 des eingesteckten Verbindungsabschnitts 18 anliegt. Anschließend werden beide Verbindungsabschnitte 18 und 19 durch Rollen oder Rundkneten umformtechnisch miteinander verbunden, wobei Material des aufgesteckten Verbindungsabschnitts 19 in die Eintiefungen und Mitnehmerstruktur des eingesteckten Verbindungsabschnitts 18 fließt.
In die Verbindungsstruktur der Zahnstangensegmente 11 und 12 ist ferner der Anschlagring 13 integriert. Bei dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist der Anschlagring 13 an einen Verbindungsabschnitt angeformt. Prinzipiell kann der Anschlagring 13 sowohl an dem Zahnstangensegment 11 mit dem eingesteckten Verbindungsabschnitt 18 als auch an dem Zahnstangensegment 12 mit dem aufgesteckten Verbindungsabschnitt 19 ausgebildet sein. 1 zeigte die vorteilhaftere Variante, bei der der Anschlagring 13 durch Stauchen des freien Endes des aufgesteckten Verbindungsabschnitts 19 erhalten wird.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach 2 ist der Anschlagring 13 als separates Bauteil ausgeführt, das bei der Montage auf den Einsteckzapfen des eingesteckten Verbindungsabschnitt 18 bis zur Anlage gegen die Anlageschulter 20 aufgeschoben wird. Nach dem Aufschieben des weiteren Verbindungsabschnitts 19 auf den erstgenannten Verbindungsabschnitt 18 auf Anschlag gegen den Anschlagring 13 und der umformtechnischen Fixierung der Verbindungsabschnitte 18 und 19 gegeneinander ist der Anschlagring 13 zwischen den Zahnstangensegmenten 11 und 12 stabil gehalten, wodurch die Problematik der Befestigung eines Anschlagrings 13 auf dem Außenumfang einer Welle umgangen wird.
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen befindet sich der eingesteckte Verbindungsabschnitt 18 an dem Zahnstangensegment 11, welches die Verzahnungsstruktur 16 für das Ritzel 4 der Lenkwelle 5 aufweist, wohingegen der aufgesteckte Verbindungsabschnitt 19 an dem Zahnstangensegment 12 mit dem Spindelabschnitt 17 angeordnet ist. Eine umgekehrte Anordnung der Verbindungsabschnitte 18 und 19 ist jedoch ebenfalls möglich. Der Spindelabschnitt 17 kann auch entfallen.
Die vorstehend erläuterte Verbindung der Zahnstangensegmente 11 und 12 lässt sich selbstverständlich auch ohne die Integration eines Anschlagrings 13 im Verbindungsbereich realisieren, wenn die Hubbegrenzung der Zahnstange 2 auf andere Art und Weise vorgenommen wird oder entfällt.

1: Lenkgetriebe
2: Zahnstange
3: Lenkgetriebegehäuse
4: Lenkwelle
5: Ritzel
6: Elektromotor
7: Getriebestufe
8: Kugelgewindetrieb
9: Riemen
11: Zahnstangensegment
12: Zahnstangensegment
13: Anschlagring
14: Gegenanschlag
15: Gegenanschlag
16: Verzahnungsabschnitt
17: Spindelabschnitt
18: eingesteckter Verbindungsabschnitt
19: aufgesteckter Verbindungsabschnitt
20: Anlageschulter
21: Eintiefung bzw. Ringnut
22: Zentrierabschnitt
23: Mitnehmerstruktur
24: Zentrierabschnitt (Öffnung)
25: weiterer Abschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10336867 A1 [0003]
- DE 102004007354 A1 [0003]
- DE 10223863 A1 [0003]
- DE 10336856 A1 [0003]
- DE 10222761 A1 [0004]

Claims

Zahnstange für eine Zahnstangenlenkung, umfassend: ein erstes Zahnstangensegment (11) mit einem Verzahnungsabschnitt (16), und ein zweites Zahnstangensegment (12), wobei jedes der Zahnstangensegmente (11, 12) an einem axialen Ende einen Verbindungsabschnitt (18, 19) aufweist, mindestens einer der Verbindungsabschnitte (19) hohl ist, das erste und zweite Zahnstangensegment (11, 12) an den Verbindungsabschnitten (18, 19) abschnittsweise ineinander gesteckt sind, und die Verbindungsabschnitte (18, 19) durch Umformen miteinander verbunden sind.
Zahnstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen radial abstehenden Anschlagring (13) aufweist, der im Bereich der Verbindungsabschnitte (18, 19) angeordnet ist.
Zahnstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eines oder beide Zahnstangensegmente (11, 12) als Hohlwelle ausgebildet ist bzw. sind.
Zahnstange nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Verbindungsabschnitte (18, 19) eine oder mehrere Eintiefungen aufweist und der andere Verbindungsabschnitt (19, 18) abschnittsweise radial in die Eintiefung bzw. Eintiefungen gedrückt ist.
Zahnstange nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eintiefung in Form einer Ringnut (21) vorgesehen ist.
Zahnstange nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der die Ringnut (21) aufweisende Verbindungsabschnitt (18) gegenüber dem zugehörigen Zahnstangensegment (11) einen verjüngten Durchmesser aufweist und eine axiale Anlageschulter (20) für den anderen, aufgesteckten Verbindungsabschnitt (19) ausbildet.
Zahnstange nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagring (13) an einen der Verbindungsabschnitte (18, 19) angeformt ist.
Zahnstange nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagring (13) an einem der Verbindungsabschnitte (18, 19) befestigt ist.
Zahnstange nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagring (13) zwischen den Verbindungsabschnitten (18, 19) gehalten ist.
Zahnstange nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagring (13) an den aufgesteckten Verbindungsabschnitt (19) angeformt ist.
Zahnstange nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagring (13) zwischen der Anlageschulter (20) des eingesteckten Verbindungsabschnitts (18) und der Stirnseite des aufgesteckten Verbindungsabschnitts (19) festgelegt ist.
Zahnstange nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in den Anschlagring (13) ein Dämpferelement integriert ist.
Zahnstange nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der eingesteckte Verbindungsabschnitt (18) einen Außenumfangsabschnitt mit einer in Umfangsrichtung wirkenden Mitnehmerstruktur (23) aufweist, die mit einem Innenumfangsabschnitt des aufgesteckten Verbindungsabschnitts (19) in Eingriff steht.
Zahnstange nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerstruktur (23) des einen Verbindungsabschnitts (18) mit dem anderen Verbindungsabschnitt (19) verpresst ist.
Lenkgetriebe mit einer Zahnstange (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.