DE10225034A1

DE10225034A1 - Zahnstangenlenkung

Info

Publication number: DE10225034A1
Application number: DE2002125034
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Joachim; Jens-Uwe Hafermalz; Rainer Schaenzel; Karl Benkler; Hartmut Specht; Hermann Ocker
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2003-12-18
Also published as: WO2003104063A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkung 1, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Lenkgehäuse 2 und einem Ritzel 3, das in dem Lenkgehäuse 2 drehbar gelagert ist. Eine Zahnstange 4 kämmt mit einer Verzahnung 15 mit dem Ritzel 3 und ist in dem Lenkgehäuse 2 axial verschieblich gelagert. Um einen Verschleiß der Zahnstangenlenkung 1 durch Trockenlaufen bei hohen Lenkmomenten oder Lenkgeschwindigkeiten zu vermeiden, ist vorgesehen, das Lenkgehäuse 2 der Zahnstangenlenkung zu Schmier- und Kühlzwecken mit einer Ölfüllung 5 zu versehen. Bei einer Servounterstützung mit einem Elektromotor werden die dazugehörenden Getriebestufen ebenfalls mit einer Ölfüllung versehen.

Description

Zahnstangenlenkungen, die auch als Zahnstangen-Hydrolenkungen oder elektrische Servo- oder Hilfskraftlenkungen ausgebildet sein können, sind aus "Fahrwerktechnik: Lenkung" J. Reimpell, Vogel-Buchverlag 1984, S. 70-90 bekannt.

Die Zahnstangenlenkung ist im wesentlichen aus einem zylinderförmigen Lenkgehäuse gebildet, in dem eine Zahnstange axial verschieblich angeordnet ist. Ein als Ritzel ausgebildetes Ende einer Lenksäule ist in axialer Richtung des Lenkgehäuses mittig oder seitlich in einer Bohrung des Lenkgehäuses über eine Ritzellagerung gelagert. Das Ritzel kämmt mit der Zahnstange. Ein in einer Axialführung des Lenkgehäuses eingesetztes Druckstück hält das Ritzel in Anlage an der Zahnstange.

Derartige Lenkgetriebe mit Schiebebewegung sind in bekannter Weise mit einer Schmierfettfüllung versehen. Treten im Betrieb hohe Lenkmomente und Lenkgeschwindigkeiten auf, so kann es zu erhöhtem Verschleiß, Fressen oder gar zu Grübchenbildung kommen. Das Lenkspiel vergrößert sich dadurch und es ergeben sich störende Betriebsgeräusche.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnstangenlenkung der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, dass Verschleiß der Zahnstangenlenkung minimiert ist.

Die Aufgabe wird mit einer Zahnstangenlenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Um die Schmierung der Zahnstangenlenkung in dem gesamten Temperaturbereich von etwa -40°C bis 130°C, in dem die Zahnstangenlenkung betrieben werden kann, zu verbessern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, das Lenkgehäuse mit einer Ölfüllung zu versehen. Die Ölfüllung dient dabei Schmier- und Kühlzwecken.

Insbesondere bei elektrischen Servo- oder Hilfskraftlenkungen ist dem Lenkgetriebe mit Schiebebewegung ein Getriebe eines Elektromotors zugeordnet, wobei das Getriebe des Elektromotors in dem Lenkgehäuse aufgenommen sein kann. Es ist zweckmäßig, das Getriebe des Elektromotors mit der Ölfüllung mit Schmierstoff mitzuversorgen. Um Planschverluste in dem Getriebe des Elektromotors zu minimieren kann es zweckmäßig sein, die Ölfüllstände des Lenkgehäuses und des Getriebes des Elektromotors unterschiedlich zu wählen. Es ist jedoch zweckmäßig, das Ritzel und je ein Zahnrad jeder Stufe des Getriebes des Elektromotors in Öl tauchen zu lassen.

Die Zahnstangenlenkung mit dem Getriebe für den Elektromotor ist somit mit einer Tauchschmierung, bevorzugt mit Vorkehrungen zur Lagerschmierung aller Lager in dem Lenkgehäuse und dem Getriebe des Elektromotors ausgebildet.

In Abhängigkeit von der Eintauchtiefe der Zahnräder können gefettete Öle oder Hochdruckgetriebeöle angewandt werden. Gefettete Öle ergeben eine Verbesserung der Haftung an den Zahnflanken-Oberflächen. Das Öl, welches in einem Temperaturbereich von -40°C bis 130°C einsetzbar sein soll, dient ferner zur Wärmeabfuhr vom Getriebe des Elektromotors an das Lenkgehäuse. Zudem ist die notwendige Verschiebekraft der Zahnstange, insbesondere beim Betrieb der Zahnstangenlenkung ohne Servounterstützung durch diese konstruktive Maßnahme minimiert.

Zur Abdichtung des Lenkgehäuses der Zahnstangenlenkung am Lenksäuleneingang ist die Ritzellagerung mit einem Wellendichtring zur Umgebung des Lenkgehäuses abgedichtet. Zur Spielfreistellung der Verzahnung zwischen Ritzel und Zahnstange ist ein Druckstück in einer Bohrung des Lenkgehäuses angeordnet, wobei es zweckmäßig ist, das Druckstück und/oder dessen Deckel mit O-Ringen abzudichten.

Zur axialen Abdichtung des Lenkgehäuses eignet sich ein Faltenbalg, der den Bereich zwischen dem jeweiligen axialen Ende des Lenkgehäuses und einer Spurstange abdichtet. Die Spurstange und/oder das Lenkgehäuse können zu dem Faltenbalg über einen O-Ring zusätzlich abgedichtet werden, um über den gesamten Temperaturbereich eine sichere Dichtung zu erreichen.

Die Anwendung einer Ölfüllung in dem Lenkgehäuse und dem Getriebe eines Elektromotors als Hilfskraft- oder Servomotor hat zudem den Vorteil, dass Maschinenelemente aus Kunststoff in der Zahnstangenlenkung durch die Ölfüllung gut konditioniert sind und konstantere mechanische Eigenschaften aufweisen. Der Verschleiß der Bauteile ist minimiert und Geräuschemissionen der Zahnstangenlenkung vermindert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung gezeigt. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Lenkgehäuse einer Zahnstangenlenkung
Fig. 2 einen Querschnitt durch das Lenkgehäuse entlang der Linie II-II in Fig. 1.
In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Lenkgehäuse 2 einer Zahnstangenlenkung 1 gezeigt. Das Lenkgehäuse 2 ist als zylinderförmiges Druckgussgehäuse ausgebildet und weist an seinen axialen Enden je ein Lager 13, 13', für eine Zahnstange 4 auf. Die Zahnstange 4 durchragt das Lenkgehäuse 2 und ist an ihren axialen Enden gelenkig mit je einer Spurstange 12, 12', verbunden, die in Abhängigkeit von der gewählten Achskonstruktion über weitere Lenkhebel für eine entsprechende Schwenkbewegung lenkbarer Räder eines Kraftfahrzeugs sorgen. Das Lenkgehäuse 2 ist mit je einem Faltenbalg 11, 11 ', der je das axiale Ende des Lenkgehäuses 2 und eine Spurstange 12, 12' dichtend umgreift, gegenüber der Umgebung abgedichtet. Die Zahnstange 4 ist aus einem einseitig abgeflachten Rundstahl gebildet, in deren Abflachung eine Verzahnung 15 eingearbeitet ist. Die der Verzahnung 15 gegenüberliegende Seite der Zahnstange 4 dient als Gleitfläche zur Abstützung der Zahnstange 4 mit einer Anpresseinrichtung 16. Die Anpresseinrichtung 16 ist in bekannter Weise aus einem federbelasteten Druckstück 8, welches in einer etwa quer zur Längsachse 17 des Lenkgehäuses 2 verlaufenden Bohrung 9 gleitend gelagert ist, gebildet. Das Druckstück 8 preßt die Zahnstange 4 zur Spielfreistellung an die Evolventenverzahnung des Ritzels 3 (vgl. Fig. 2). Das Ritzel 3 und das Druckstück 8 bilden das Lager 13 für die Zahnstage 4. Das Ritzel 3 ist in einem Lager 18 an einem Lenkspindelanschluß 19 in einem Lenksäuleneingang 6 des Lenkgehäuses gelagert. Zudem ist ein Lager 14 an dem, dem Lenkspindelanschluß 19 abgewandten Ende des Ritzels 3 im Lenkgehäuse 2 angeordnet und durch das Lenkgehäuse 2 selbst gegen die Umgebung abgedichtet. Damit ist das Ritzel axial und radial festgelegt. Das Ritzel 3 greift so in die Verzahnung 15 der Zahnstange 4 ein, dass es bei einer Drehung die Zahnstange 4 zur axialen Verschiebung in dem Lenkgehäuse veranlasst.
Ist die Zahnstangenlenkung 1 nicht rein mechanisch, sondern als elektrische Servo- oder Hilfskraftlenkung ausgelegt, so kann mit dem Lenkgehäuse ein Getriebegehäuse eines Getriebes eines Elektromotors verbunden sein.
Zur Verringerung des Verschleißes der Zahnstangenlenkung ist das Lenkgehäuse 2 und das Getriebegehäuse des Getriebes für den Elektromotor mit einer Ölfüllung 5 versehen. Die Schmierung ist in dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel als Tauchschmierung ausgeführt, wobei sichergestellt ist, dass zumindest das Ritzel 3, oder die Verzahnung 15 in Öl taucht. Bei dem nicht gezeigten Getriebe des Elektromotors taucht zumindest ein Zahnrad einer jeden Getriebestufe in Öl.
Es kann zweckmäßig sein, die Ölfüllstände des Lenkgehäuses und des Getriebes des Elektromotors unterschiedlich zu wählen um Planschverlust zu minimieren. Das Öl ist geeignet, seine Schmierfähigkeit bei Temperaturen von etwa -40°C bis 130°C aufrecht zu erhalten. Durch die Ölfüllung ist gewährleistet, dass auch bei hohen Pressungen an den Zahnflanken, beispielsweise bei hohen Lenkgeschwindigkeiten ein ausreichend hoch belastbarer Schmierfilm an den Zahnflanken zur Verfügung steht.
Die Wärmeabfuhr von der Zahnstangenlenkung ist zudem durch die Ölfüllung verbessert. Die Zahnstangenlenkung ist im Betrieb geräuscharm. Durch die Ölfüllung 5 werden auch die Lagerstellen aller beweglichen Getriebeteile geschmiert. Zur Abdichtung des Lenkgehäuses im Druckstückbereich ist ein O-Ring 10 in einer Umfangsnut 20 des Druckstücks 8 eingesetzt und dichtet das Druckstück zu der Bohrung 9 in der es gleitend in dem Lenkgehäuse 2 gelagert ist, ab. Ein weiterer O-Ring 21 dichtet den Deckel 22 am Druckstück 8 und damit das Lenkgehäuse 2 gegen Ölverluste in diesem Bereich ab. Die Ritzellagerung am Lenksäuleneingang 6 ist gegenüber dem Lenkgehäuse 2 durch eine Wellendichtung 7 abgedichtet. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Zahnstangenlenkung
2 Lenkgehäuse
3 Ritzel
4 Zahnstange
5 Ölfüllung
6 Lenksäuleneingang
7 Wellendichtring
8 Druckstück
9 Bohrung
10 O-Ring
11, 11' Faltenbalg
12, 12' Spurstange
13, 13' Lager
14 Lager
15 Verzahnung
16 Anpresseinrichtung
17 Längsachse von 2
18 Lager
19 Lenkspindelanschluß
20 Umfangsnut
21 O-Ring
22 Deckel

Claims

1. Zahnstangenlenkung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Lenkgehäuse (2) und einem Ritzel (3), das in das Lenkgehäuse (2) eingesetzt ist, und mit einer Zahnstange (4), die in Abhängigkeit von einer Drehung des Ritzels (3) in dem Lenkgehäuse (2) axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgehäuse (2) eine ausschließlich zu Schmier- und Kühlzwecken dienende Ölfüllung (5) aufweist.

2. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstangenlenkung (1) als elektrische Servo- oder Hilfskraftlenkung ausgebildet ist und durch ein Getriebe mit Elektromotor unterstützt ist.

3. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe des Elektromotors eine Ölfüllung aufweist.

4. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgehäuse (2) und das Getriebe des Elektromotors gleiche oder unterschiedliche Ölfüllstände aufweisen.

5. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Ritzel (3) und ein Zahnrad jeder Stufe des Getriebes des Elektromotors in Öl taucht.

6. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Öl der Ölfüllung (5) für einen Betriebsbereich von etwa -40°C bis 130°C geeignet ist.

7. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ölfüllung (5) die Lagerstellen in dem Lenkgehäuse (2) und dem Getriebe geschmiert sind.

8. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ritzellagerung am Lenksäuleneingang (6) des Lenkgehäuses (2) mit einem Wellendichtring (7) zur Umgebung abgedichtet ist.

9. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckstück (8) zur Anlage der Zahnstange (4) an das Ritzel (3) in einer Bohrung (9) des Lenkgehäuses (2) gleitend gelagert ist und mit einem O-Ring (10) zum Lenkgehäuse (2) abgedichtet ist.

10. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgehäuse (2) axial über einen Faltenbalg (11, 11') zwischen dem Lenkgehäuse (2) und einer Spurstange (12) abgedichtet ist.

11. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgehäuse (2) und die Spurstange (12) mit je einem O-Ring zu dem Faltenbalg (11, 11') abgedichtet ist.