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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleitstein zum Einbau in eine Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Zahnstangenlenkung mit einem solchen Gleitstein.
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Zahnstangenlenkungen werden seit langem in der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt. Bei Zahnstangenlenkungen wird allgemein das Lenkdrehmoment ausgehend vom Lenkrad über eine Lenksäule und ein Lenkritzel in die Lenkung eingeleitet. Das Lenkritzel steht dabei in Eingriff mit einem gezahnten Abschnitt einer Zahnstange und wandelt die Drehbewegung des Lenkrads in eine üblicherweise horizontale Linearbewegung zum Verschwenken der gelenkten Räder um.
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Das Lenkritzel und die Zahnstange dürfen dabei im Eingriff kein merkliches Spiel aufweisen bzw. das Spiel zwischen den Zähnen der Zahnstange und dem Lenkritzel sollte einstellbar und möglichst auch nachstellbar sein. Hierzu wird beispielsweise ein Druckstück verwendet, welches die Zahnstange gegen die im Betrieb wirkenden Verzahnungskräfte gegen das Ritzel drängt. Dieses Druckstück wird auch als Gleitstein bezeichnet und ist typischerweise elastisch gelagert und zumeist mit einer Feder belastet.
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Da bei starken Stößen die Kräfte, die das Lenkritzel und die Zahnstange auseinander treiben, die Kräfte des Federelements übersteigen, ist ein Endanschlag vorgesehen, der üblicherweise durch die der Zahnstange abgewandte Seite des Gleitsteins gebildet wird. Üblicherweise befindet sich auch die Feder auf dieser Seite des Gleitsteins. Bei Normalbelastung wird also lediglich der Gleitstein über die Feder gegen eine ortsfeste Fläche gedrückt und entsprechend bei einem Belastungswechsel wieder zurückgetrieben. Bei sehr hohen Kräften und bei Stoßbelastungen wird die Federkraft überwunden und die Rückseite des Gleitsteins kommt mit der ortsfesten gegenüber liegenden Fläche in Kontakt, wodurch eine weitere Bewegung des Gleitsteins ausgeschlossen ist.
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Druckstücke können auch mit Gleitsteinen zusammenwirken, deren Flächen an die Kontur der Zahnstange angepasst sind und gegen die Zahnstange gedrückt werden. Beispielsweise offenbart die Offenlegungsschrift
DE 197 17 797 A1 eine Zahnstangenlenkung mit einem Druckstück, das quer zur Längsachse der Zahnstange zwei Schlitze aufweist, in denen Gleitsteine geführt sind, deren eine Grundfläche an die geneigte Grundfläche des Druckstücks, deren andere geneigte Grundfläche an die Kontur der Zahnstange und deren radial außenliegende Fläche an eine Druckstückbohrung angepasst sind. Aus dieser
DE 197 17 797 A1 ist es auch bekannt, O-Ringe zur Dämpfung in eine Richtung vorzusehen, die quer zur Bewegungsrichtung eines Gleitsteins verläuft.
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Ferner ist es bekannt, dämpfende Gleitsteine einzusetzen, um schlagartige Belastungen des Lenkgetriebes aufzunehmen. Deren Aufbau ist jedoch sehr komplex und damit aufwändig. Insbesondere können dämpfende Eigenschaften des Gleitsteins dabei durch hydraulische Einheiten erreicht werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen einfach herzustellenden Gleitstein für eine Zahnstangenlenkung bereitzustellen, welcher die Zahnstange dämpfend führt und Geräuschentwicklungen, die ansonsten durch ungedämpfte Schläge ins System entstehen, vermindert.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Gleitstein gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Gleitsteins ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–10. Ferner wird die Aufgabe durch eine Zahnstangenlenkung mit einem solchen Gleitstein gemäß dem unabhängigen Anspruch 11 gelöst.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Der erfindungsgemäße Gleitstein dient zum Einbau in eine Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge, bei der ein drehbar gelagertes Lenkritzel über eine Verzahnung in einen Zahnbereich einer Zahnstange derart eingreift, dass eine Drehung des Lenkritzels zu einer Verschiebung der Zahnstange in Richtung ihrer Längsachse führt. Dabei ist der Gleitstein so ausgestaltet, dass die Zahnstange über den Gleitstein gegen das Lenkritzel drückbar ist, wozu der Gleitstein in einer Bewegungsrichtung beweglich führbar ist, die quer zur Längsachse der Zahnstange verläuft. Es handelt sich somit um einen beweglichen Gleitstein, dessen Position an die aktuelle Lage der Zahnstange anpassbar ist. Dies kann auf unterschiedliche Arten erfolgen, wobei der Gleitstein beispielsweise axial gegen eine Federkraft gelagert sein kann, welche den Gleitstein gegen die Zahnstange drückt.
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Erfindungsgemäß ist der Gleitstein wenigstens zweigeteilt und umfasst einen Grundkörper und eine Gleiteinlage, welche mit der Zahnstange wenigstens indirekt in Kontakt bringbar ist. Die Gleiteinlage liegt somit entweder direkt an der Zahnstange an und übt Druck auf diese aus, oder es können optional auch weitere Zwischenteile vorgesehen sein, um den Druck der Gleiteinlage auf die Zahnstange zu übertragen. Die Gleiteinlage ist dabei wiederum gegenüber dem Grundkörper in der Bewegungsrichtung des Gleitsteins beweglich ausgeführt. Die Lage der Gleiteinlage gegenüber dem Grundkörper des Gleitsteins ist somit veränderlich, wobei die Bewegungsrichtung der Gleiteinlage bezüglich des Grundkörpers der Bewegungsrichtung des gesamten Gleitsteins entspricht. Zwischen der Gleiteinlage und dem Grundkörper ist ferner ein Dämpfungselement angeordnet, mit dem bei Kontakt zwischen der Gleiteinlage und dem Dämpfungselement eine Dämpfung der axialen Bewegung der Gleiteinlage in der Bewegungsrichtung des Gleitsteins bewirkbar ist. Der Gleitstein ist somit nicht nur federnd gelagert, sondern in sich dämpfend ausgeführt.
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Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die dämpfende Wirkung nur bei schlagartigen Belastungen der Lenkstange eintritt. Hierzu kann das Dämpfungselement wenigstens teilweise aus einem dilatanten Material bestehen. Eine dilatante Flüssigkeit ist eine Substanz, die unter Krafteinwirkung ihre Flexibilität und Verformbarkeit verändert. Insbesondere wird sie bei starken Stößen härter und wird sogar abrupt fest, wobei sie energieabsorbierende Qualitäten zeigt. Bei langsamen Belastungen ist sie dagegen flexibel und es kann auch realisiert werden, dass der Werkstoff nach Beendigung der Belastung seine flexiblen Eigenschaften zurück erhält. Bei langsamen Stößen reagiert das Dämpfungselement dann elastisch, während es bei schellen Stößen dämpfend wirkt.
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Diese Eigenschaft kann durch entsprechende Einbringung von dilatanten Materialien in einen Dämpfungskörper genutzt werden. Das dilatante Material kann beispielsweise in elastomere Schaumstoffe eingebunden sein, wobei der Schaumstoff mit dem Material beschichtet oder imprägniert sein kann und/oder Kammern innerhalb des Schaumstoffs sind mit dem Material befüllt. Derartige Werkstoffe sind beispielsweise aus dem Bereich der Protektoren für den Ski- oder Motorsport bekannt und können entsprechend eingesetzt werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung wird das Dämpfungselement dann durch eine Materialeinlage zwischen der Gleiteinlage und dem Grundkörper gebildet, wobei das dilatante Material in die Materialeinlage integriert ist. So kann realisiert werden, dass sich das Dämpfungselement mit steigender Aufprallgeschwindigkeit zwischen Gleiteinlage und dem Grundkörper in einem höheren Maß verhärtet und dann dämpfend wirkt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Gleiteinlage und das Dämpfungselement auf der der Zahnstange zugewandten Seite im Querschnitt schalenförmig ausgebildet. Die Gleiteinlage liegt somit vorzugsweise auf einer konkaven Seite formschlüssig an der Zahnstange an und das Dämpfungselement liegt wiederum formschlüssig auf der konvexen Seite der Gleiteinlage an. Die der Zahnstange abgewandte Seite der Gleiteinlage kann jedoch auch jegliche andere Formen und Konturen aufweisen, an welche die Form des Dämpfungselements vorzugsweise angepasst ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dabei auch die Kontaktfläche des Grundkörpers auf der der Zahnstange zugewandten Seite im Querschnitt konkav und an die Form des Dämpfungselements angepasst ausgebildet. So können die Gleiteinlage und das Dämpfungselement bei schnellen Stößen auf die Zahnstange formschlüssig innerhalb einer schalenförmigen Kontaktfläche des Grundkörpers zum Anschlag kommen, während das Dämpfungselement den Aufprall zwischen Gleiteinlage und Grundkörper dämpft.
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Die Gleiteinlage kann auf unterschiedliche Arten beweglich gegenüber dem Grundkörper ausgeführt werden. Beispielsweise kann sie dazu an der der Zahnstange abgewandten Seite wenigstens einen Passstift aufweisen, der in der Bewegungsrichtung des Gleitsteins beweglich innerhalb einer Bohrung im Grundkörper geführt ist. Der Passstift ist dabei vorzugsweise durch eine Aussparung innerhalb des Dämpfungselements geführt.
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Ergänzend zur Federung des Gleitsteins entlang seiner Bewegungsrichtung können am Gleitstein auch Mittel zu Federung quer zu seiner Bewegungsrichtung vorgesehen sein. Hierzu kann der Gleitstein wenigstens ein Federelement zur federnden Lagerung des Grundkörpers quer zur Bewegungsrichtung des Gleitsteins aufweisen. Ein solches Federelement kann beispielsweise ein O-Ring, X-Ring oder Quad-Ring sein, welcher den Grundkörper umgibt.
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Von der Erfindung umfasst ist ferner eine Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge mit einem drehbar gelagerten Lenkritzel, das über eine Verzahnung in einen Zahnbereich einer Zahnstange derart eingreift, dass eine Drehung des Lenkritzels zu einer Verschiebung der Zahnstange in Richtung ihrer Längsachse führt. Dabei wird die Zahnstange über wenigstens einen Gleitstein gegen das Lenkritzel gedrückt, wozu der Gleitstein in einer Bewegungsrichtung beweglich geführt ist, die quer zur Längsachse der Zahnstange verläuft. Erfindungsgemäß ist der Gleitstein gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung ausgeführt ist, wobei der Gleitstein die Zahnstange gegen das Lenkritzel drückt und beweglich in einer Bewegungsrichtung geführt ist, welche der Bewegungsrichtung seiner Gleiteinlage gegenüber seinem Grundkörper entspricht.
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Mit der Erfindung lässt sich eine Zahnstangenlenkung bereitstellen, die geringe Geräuschentwicklungen aufgrund ungedämpfter Schläge ins System aufweist. Dabei ist der Aufbau wesentlich einfacher und kostengünstiger als dies bei bestehenden Systemen insbesondere auch mit hydraulischen Einheiten der Fall ist.
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Ferner kann das Material des Dämpfungselements beim Einbau zwischen Gleiteinlage und Grundkörper des Gleitsteins vorgespannt werden, so dass es bei Verschleiß von diesen Bauteilen eine nachstellende Wirkung entfalten kann.
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Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
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Von den Abbildungen zeigt:
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1 eine dreidimensionale Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gleitsteins;
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2 eine schematische Seitenansicht eines Gleitsteins gemäß 1;
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3 eine schematische Aufsicht auf einen Gleitstein gemäß 1; und
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4 einen schematischen Querschnitt durch einen Gleitstein.
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In 1 ist eine dreidimensionale Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gleitsteins 10 dargestellt. Der Gleitstein 10 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form, durch welche er innerhalb einer Zahnstangenlenkung in einen Hohlzylinder einbringbar ist, in dem er axial beweglich ist. Dazu weist der Gleitstein 10 einen zylindrischen Grundkörper 20 auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Oberseite des Grundkörpers 20 bereichsweise konkav bzw. schalenförmig ausgeformt. Auf dieser Seite des Grundkörpers 20 befindet sich die erfindungsgemäß vorgesehene Gleiteinlage 30, die direkt oder indirekt mit der Zahnstange 51 Kontakt hat. Die Lage der Zahnstange 51 ist der schematischen Darstellung der 2 zu entnehmen, wobei der Gleitstein 10 die Zahnstange 51 gegen ein nicht dargestellten Lenkritzel drückt. Dabei ist der Gleitstein in der Bewegungsrichtung 50 axial beweglich, wie es in der 1 mit einem Doppelpfeil gekennzeichnet ist. 3 zeigt eine schematische Aufsicht auf einen solchen Gleitstein.
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Die Gleiteinlage 30 ist vorzugsweise ebenfalls im Querschnitt schalenförmig ausgebildet, so dass ihre Unterseite an die Kontur des Grundkörpers 20 und ihre Oberseite an die Kontur der Zahnstange 51 angepasst sein kann. Die Gleiteinlage 30 kann dabei als Mehrschicht-Gleiteinlage ausgebildet sein und aus mehreren Schichten bestehen.
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Die Gleiteinlage 30 weist an ihrer Unterseite einen Passstift 31 auf, der durch eine Bohrung 23 im Grundkörper 20 geführt ist, wie es beispielsweise auch dem schematischen Querschnitt der 4 zu entnehmen ist. So ist die Gleiteinlage 30 axial beweglich gegenüber dem Grundkörper 20, wobei diese axiale Bewegung der Bewegungsrichtung 50 des Gleitsteins 10 gegenüber der Zahnstange 51 entspricht.
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Zwischen der Gleiteinlage 30 und den Grundkörper 20 ist ein Dämpfungselement 40 eingebracht, das vorzugsweise aus einem dilatanten Material besteht. Die Form des Dämpfungselements 40 ist an die Kontur der Gleiteinlage 30 und des Grundkörpers 20 angepasst und beispielsweise ebenfalls im Querschnitt konkav und schalenförmig ausgebildet. Dabei ist das Dämpfungselement 40 vorzugsweise fest mit dem Grundkörper 20 verbunden, es kann jedoch auch mit der Gleiteinlage 30 verbunden oder frei beweglich zwischen diesen beiden Bauteilen positioniert sein. Bei Druck von der Zahnstange auf die Gleiteinlage 30 liegt diese flächig an dem Dämpfungselement 40 an, so dass das Dämpfungselement 40 die Bewegung der Zahnstange in axialer Richtung dämpfen kann. Das Dämpfungselement 40 kann wie die Gleiteinlage 30 zweiteilig ausgeführt sein.
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Für eine radiale Federung des Gleitsteins 10 können ein oder mehr Federelemente vorgesehen sein, wobei diese Federelemente beispielsweise durch mehrere O-Ringe 21 und 22 gebildet werden können, welche den Umfang des Grundkörpers 20 umgeben. Alternativ könnten hierfür auch X-Ringe oder Quad-Ringe eingesetzt werden. Derartige Ringe können in zugehörigen Nuten angeordnet sein, welche in den Umfang des Grundkörpers 20 eingebracht sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gleitstein
- 20
- Grundkörper
- 21, 22
- Federelement, O-Ring
- 23
- Kontaktfläche
- 30
- Gleiteinlage
- 31
- Passstift
- 40
- Dämpfungselement, dilatantes Material
- 50
- Bewegungsrichtung
- 51
- Zahnstange
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19717797 A1 [0005, 0005]
