DE19811917A1 - Kupplungsmechanismus für eine Zahnstange und deren Antriebsritzel - Google Patents

Description

Bei einem Kraftfahrzeug steuert das Lenkrad die Ausrich­ tung der gelenkten Räder über ein Getriebe, das aus einem Ritzel besteht, welches fest mit der Lenksäule verbunden ist, und aus einer mit einer Verzahnung versehenen Quer­ stange bzw. Zahnstange, welche die Ausrichtung der Achsen der beiden betroffenen Radnaben steuert. Um eine fehler­ freie Kupplung zu gewährleisten, ist die Zahnstange mit Hilfe eines Kupplungsmechanismus auf das Ritzel aufge­ setzt.

Ein derartiger Mechanismus muß in der Lage sein, eine Kupplung der beiden Teile ohne Spiel der miteinander in Eingriff stehenden Zähne aufrechtzuerhalten, trotz Fehler hinsichtlich der Exzentrizität des Ritzels, seines axiales Spiels und des Verschleißes von Zähnen. Weiterhin muß der Mechanismus ohne Beschädigung in der Lage sein, von einem Rad, das auf ein Hindernis trifft, stammende Stöße zu er­ tragen, die praktisch der Masse des Fahrzeugs entsprechen können.

Der Kupplungsmechanismus weist in herkömmlicher Weise eine schraubenförmige Feder auf, die in einem Gehäuse unterge­ bracht ist, um die Zahnstange gegen das Ritzel anzudrüc­ ken. Die Feder ist zwischen einem als Anschlag dienenden Zapfen bzw. Stopfen, der ihren Aufnahmeraum verschließt, und einem auf der Zahnstange verschieblich gelagerten An­ satz- bzw. Druckstück, auf dem diese gleitet, zusammenge­ drückt.

Das Ansatzstück ist nach Art einer Gleitführung durch eine Schürze geführt, die dieses in Richtung auf den Stopfen verlängert und sich auf der Innenwand des Aufnahmeraums abstützt. Eine elastische Anschlagscheibe ist zwischen dem freien Rand der Schürze und dem Stopfen angeordnet, um die Stöße zu dämpfen, die durch die Räder übertragen werden.

Weiterhin vorgesehen ist eine Scheibe und ein Ring zur Verkeilung der Feder und der Scheibe, um die Toleranzen bei der Herstellung und die Ausdehnungen der unterschied­ lichen Teile zu kompensieren.

Ein derartiger bekannter Mechanismus weist zahlreiche Nachteile auf. Im Hinblick auf die Teile und die Arbeits­ zeit ist er nicht sehr ökonomisch, wobei der Nutzen wei­ terhin dadurch eingeschränkt ist, daß das Auffangen der Toleranzen, was durch eine manuelle Einstellung bei der Montage zu erfolgen hat, niemals wirklich gut ist. Insbe­ sondere weist ein solcher Mechanismus stets noch Geräusche auf, und die Druckkraft auf die Zahnstange kann sich im Laufe der Zeit verändern, wodurch die Lenkung entweder zu weich oder im Gegenteil zu hart wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben angegebenen Nachteile zu überwinden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Me­ chanismus zum Kuppeln einer Zahnstange gegen ein Ritzel zum translatorischen Antrieb der Zahnstange, mit einem Mittel zum Andrücken des Ritzels und der Zahnstange gegen­ einander, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das Mittel zum Andrücken dafür eingerichtet ist, daß es seine Wirkung entsprechend zumindest zwei aufeinanderfolgenden Stufen des Andrucks ausübt.

Auf diese Weise wird die Dämpfung der Schwingungen und der Stöße, die dazu neigen, die Zahnstange vom Ritzel zu ent­ koppeln und Geräusche zu verursachen, verstärkt, da die zweite Stufe des Andrucks an die Stelle der ersten Stufe tritt, sobald die Schwingungen oder Stöße die Möglichkei­ ten der Einwirkung der ersten Stufe überschreiten. Man erhält auf diese Weise eine verstärkte Andruckkraft, wo­ durch die Zahnstange und das Ritzel in verbesserter Form gekuppelt werden und die entstehenden Geräusche vermindert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschreibung von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung wei­ ter erläutert, wobei auf eine Zeichnung Bezug genommen wird, in der

Fig. 1 und 3 jeweils halbe Längsschnittansichten des er­ findungsgemäßen Mechanismus entsprechend zwei unterschied­ lichen Varianten sind, und

Fig. 2 charakteristische Verläufe der Federkraft über dem Federweg des Mechanismus darstellt.

Der Kupplungsmechanismus 10 nach Fig. 1, von dem aus Ver­ einfachungsgründen lediglich die linke Hälfte dargestellt ist, in Bezug auf eine in Längsrichtung verlaufende Sym­ metrieebene des Mechanismus, dient dazu, eine Zahnstange 5, die entlang sich selbst senkrecht zur Darstellungsebene der Fig. 1 verschieblich ist, gegen ein Ritzel 1 anzu­ drücken, das zum Antrieb der Zahnstange 5 in Längsrichtung dient und durch eine Lenksäule 2 betätigt wird.

Der Mechanismus 10 ist fest an einem Gehäuse angebracht, das auf dem Fahrgestell eines Kraftfahrzeugs sitzt, wel­ ches die Zahnstange 5 und auch das Ritzel 1 und die Lenk­ säule 2 trägt, die nicht geschnitten dargestellt ist.

Im vorliegenden Beispiel ist das Gehäuse mit einem Aufnah­ meraum 11 versehen, der den Mechanismus 10 aufnimmt. Ob­ wohl nachfolgend von dem genannten Aufnahmeraum 11 die Rede ist, ist ersichtlich, daß lediglich eine feste Ver­ bindung durch das Fahrgestell bzw. die Karosserie zwischen dem Mechanismus 10 und dem Ritzel 1 notwendig ist, wodurch eine Auflage bzw. Abstützung für die Zahnstange 5 gebildet wird, um diese beiden letztgenannten Teile gegeneinander­ zudrücken.

Der Mechanismus 10 weist in dieser Ausführungsform insge­ samt eine Zylinderform auf, die sich entlang einer Achse 21 erstreckt, welche durch den Schnitt der Ebene 20 und der Darstellungsebene der Fig. 1 definiert ist, und die im wesentlichen senkrecht zur Translationsrichtung der Zahn­ stange 5 verläuft.

Die Aufnahme 11 stellt sich als Bohrung mit entsprechender zylindrischer Form dar, die bis zur Zahnstange 5 führt. Der Mechanismus 10 weist einen Kolben 13 und eine An­ schlagstopfen 2 auf, der mit der Aufnahme 11 fest ver­ bindbar ist, um als Anlage oder Anschlag für eine Feder 17 zu dienen, die den Kolben 13 gegen die Zahnstange 5 an­ drückt.

Der Kolben 13, der hierbei aus einem einzigen Block gebil­ det ist, besteht aus einem Abschnitt 14, der eine Auflage zum Andrücken der Zahnstange 5 bildet, und aus einem Ab­ schnitt 15 zur Führung der Auflage 14 in einer verschieb­ lichen Weise. Der Abschnitt 15, der zylindrisch und hohl ist, wird durch eine mit der Aufnahme 11 fest verbundene Wand entlang der Achse 21 geführt, und zwar hierbei durch in Längsrichtung verlaufende rippenartige Stege, die mit gleichem Winkelabstand auf der Innenwand der Aufnahme 11 verteilt angeordnet sind.

Bei dieser Ausführungsform sind zwei Reibplatten 141 vor­ gesehen, die an der Auflage 14 angebracht sind und einen geringen Reibungskoeffizienten im Verhältnis zum Stahl der Zahnstange 5 aufweisen. Hierbei kann jegliches selbst­ schmierendes Material verwendet werden, beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyethylen (PE) oder auch Polyethylenterephtalat (PET), wobei dieses letztgenannte Material auch zur Herstellung des Kolbens 13 als ganzes dienen kann. In diesem Beispiel ist der Querschnitt der Zahnstange 5 nicht kreisförmig, sondern weist zwei mit der Auflage 14 zusammenwirkende, ebene Flächen auf, die im Verhältnis zueinander V-förmig angeordnet sind, wodurch eine Verdrehung der Zahnstange 5 verhindert wird.

Im Inneren des zylindrischen Abschnitts 15 ist in dieser Ausführungsform eine Maske aus einem Schwingungen dämpfen­ den Material 22 in dem Bereich angeordnet, der sich hinter den Platten 141 befindet.

Die Feder 17 ist mit axialer Kompression zwischen dem Stopfen 12 und der Auflage 14 untergebracht. Die Feder 17 besteht hierbei aus einem einzigen Block aus elastischem Material, in diesem Fall aus thermoplastischen Kautschuk wie etwa aus Polyurethan oder Silikon, und sie weist in dieser Ausführungsform drei Abschnitte 171, 172 und 173 auf, die hier fest untereinander verbunden sind.

Wie nachfolgend noch erläutert wird, drücken die Abschnit­ te 171 und 172 in zwei aufeinanderfolgenden Andruckstufen gegen die Zahnstange 5. In diesem Beispiel sind die Ab­ schnitte 171 und 172 in Form eines Puffers ausgeführt so­ wie in Form einer Schürze, die diesen verlängert, wobei sie eine zentrale Ausnehmung 175 umgibt.

Die Auflage 14 ist zwischen dem Puffer 171 und der Zahn­ stange 5 angeordnet, während der freie Endabschnitt der Schürze 172 gegen den Stopfen 12 anliegt.

Der Abschnitt 173 hat hierbei die Form eines Kragens zum Dämpfen von Stößen, der an den freien Endabschnitt der Schürze 172 angesetzt ist und sich zwischen dem Rand 16 des Führungsabschnitts 15, der dem Stopfen 12 gegenüber­ steht, und diesem letzteren erstreckt. Ein radialer Vor­ sprung 174 des Kragens 173, der ohne Einspannung, d. h. im spannungsfreien Zustand dargestellt ist, liegt unter Druck gegen die Innenfläche der Aufnahme 11 an, um die Dichtig­ keit zu gewährleisten.

Der Stopfen 12, der aus Kunststoffmaterial besteht, ist vorzugsweise aus Polyamid (PA), Polysulfon (PSU), Polyace­ tal (POM) oder auch aus Polyetherimid (PEI) hergestellt. Er dient, wie vorstehend beschrieben, als Auflager bzw. Anschlag für die Feder 17, wobei er mit der Aufnahme 11, und zwar hierbei mit dem freien Endabschnitt der Aufnahme, fest verbunden ist. Der Stopfen 12, der in diesem Fall praktisch vollständig innerhalb der Aufnahme 11 unterge­ bracht ist, ist mit flexiblen Vorsprüngen oder Laschen 121 versehen, die mit gleichen Winkelabständen verteilt ange­ ordnet sind und in radialer Richtung in Bezug auf die Ach­ se 21 vorstehen, um mit entsprechenden Ausnehmungen 111 der Aufnahme 11 in Eingriff zu kommen, wenn der Stopfen 12 in diese eingeführt wird. Jeder Vorsprung 121 ist mit ei­ ner Zunge 122 fest verbunden, der leicht in axialer Rich­ tung aus der Aufnahme 11 hervorsteht, sobald der Stopfen 12 eingesetzt ist, um zu ermöglichen, daß der Vorsprung 122 von Hand radial abgebogen wird und aus der Vertiefung 111 befreit wird, um anschließend den Stopfen 12 ungehin­ dert herausziehen zu können. Neben dieser rein mechani­ schen Funktion als Anschlag gewährleistet der Stopfen 12 in diesem Beispiel außerdem die Dichtigkeit durch seine Wand, die massiv ist, der Anlage gegen die Feder 17.

Nachfolgend wird die Funktionsweise des Mechanismus 10 im einzelnen erläutert.

Wie aus der Darstellung ersichtlich geworden ist, drückt die Feder 17, bei der keinerlei Einstellung erforderlich ist, die Zahnstange 5 gegen das Ritzel 1 an, damit jegli­ ches Spiel aufgrund von Ungenauigkeiten der miteinander in Eingriff stehenden Teile und aufgrund von Stößen, die über die Räder durch die Zahnstange 5 übertragen werden, aufge­ fangen wird.

Die Feder 17 weist in Abwesenheit jeglichen Zwangs eine solche Elongation auf, daß sie, sobald sie durch den Stop­ fen 12 zusammengedrückt wird, eine Andruckkraft F von zu­ mindest 45 daN ausübt, was mehr ist als bei einem herkömm­ lichen Mechanismus, und vorzugsweise 60 bis 80 daN (Fig. 2) oder auch mehr.

Da die Widerstandskraft aufgrund von Reibung der Zahnstan­ ge 5 gegenüber der Auflage 14 von den Automobilherstellern beispielsweise auf 20 ± 4 daN festgelegt ist, verlangt eine Andruckkraft F von 80 daN, wie sie in diesem Beispiel gewählt ist, daß der Reibungskoeffizient der Platten 141 in Bezug auf die Zahnstange 5 auf 0,25 festgelegt wird.

Wie schematisch durch das Überstehen des Andruckrands des Kragens 173 über den Rand 16 dargestellt ist, befindet sich der Rand 173 in Ruhestellung in einem durch den Stop­ fen 12 in axialer Richtung leicht zusammengedrückten Zu­ stand, um jegliches Spiel aufzufangen und um zu vermeiden, daß sich die Teile voneinander lösen, was eine Ursache für Klappergeräusche wäre. Dies gewährleistet weiterhin die axiale Dichtigkeit und trägt geringfügig zur Zurückstoßung des Kolbens 13 bei. Aufgrund dieser Tatsache wirken die drei Abschnitte 171, 172 und 173 der Feder gleichzeitig, aber in unterschiedlichen Graden bzw. Stufen, je nach der Position des Kolbens 13. Um die Form der Feder 17 ohne darauf einwirkende Zwangskräfte zu bestimmen, die es er­ möglicht, durch eine Soll-Kompression die Andruckkraft von 80 daN zu erhalten, kann man zunächst den Puffer 171 und die Schürze 172 in Reihe geschaltet betrachten. Man wählt einen Querschnitt und eine axiale Länge der Ausnehmung 175 so aus, daß sich die Schürze 172 mit verkleinertem Quer­ schnitt, am weitesten zusammengedrückt, im wesentlichen (C1) am Ende (auf der Seite des Verlaufs mit großem C) des linearen Teils R1 seiner Kompressionskurve in Abhängigkeit von der aufgebrachten Kraft F befindet, wobei der Bereich Cd der dynamischen Variation zum Auffangen von Spiel er­ forderlich ist (normaler Verlauf des Kolbens 13, wobei keine Stöße vorhanden sind). Um genau zu sein, ist die dargestellte Kurve R1 in Wirklichkeit eine gemischte Kenn­ linie, bei der um so mehr die Größe der Steifigkeit der Schürze 172 Berücksichtigung findet, als dieser Wert im Vergleich mit dem entsprechenden Wert des Puffers 171 ge­ ring ist. Der Kragen 173 muß in leichtem Andruck auf den Rand 16 des Kolbens 13 verbleiben und übt damit eine zu­ sätzliche Rückstellkraft aus, die ebenfalls zu berücksich­ tigen ist. Der Kragen hätte auch als getrenntes Teil aus­ geführt werden können.

Im Falle eines Stoßes, der den Kolben 13 tief in Richtung auf den Stopfen 12 zurückgehen läßt, erreicht die Schürze 172 schnell ihre Schwelle der maximalen Kompression, und von dort an wirkt der Puffer 171, der eine größere Stei­ figkeit (R2) aufweist, vollständig, um eine Zusatzkraft zu liefern, die der Rückwärtsbewegung des Kolbens 13 entge­ genwirkt, wobei nunmehr eine Kennlinie R2 erreicht ist, deren Steigungsverhältnis aus Kraft und Kompression größer ist. Man erhält auf diese Weise die beiden aufeinanderfol­ genden Stufen der Andruckkraft. Der Kragen 173 wirkt in gleicher Weise (R3) wie der Puffer 171, aber mit einem kürzeren Verlauf, der eine dritte Stufe der Andruckkraft liefert. Es könnte hierbei vorgesehen sein, daß der Kragen 173 seinerseits ebenfalls aus einer Schichtung von zwei Federn besteht, somit aus einer Reihenschaltung, die un­ terschiedliche Steifigkeiten haben, um den Kontakt, der zur Vermeidung eines stoßenden Geräuschs gewünscht ist, zwischen dem Kragen 113 und dem Rand 16 aufrechtzuerhal­ ten, wobei aufgrund der geringeren Steifigkeit einer der beiden vorstehend genannten Federn, aus denen sie besteht, ihr Beitrag zur Rückstellkraft begrenzt wird, solange sich der Kolben 13 innerhalb seines vorgesehenen Bewegungsbe­ reichs befindet.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, in der der gerade Abschnitt R0 die Kennlinie einer Feder eines Kopplungsmechanismus nach dem Stand der Technik darstellt, ist die Steigung am Ursprung der Kurve R1 nach der vorliegenden Erfindung ge­ ringer als die des Abschnitts R0. Der Punkt der Kompres­ sion in Ruhestellung P1 (80 daN) entspricht somit einem Kompressionsweg C1 in der Ruhestellung, der größer ist als der entsprechende Kompressionsweg C0 des Punkts P0 der Kurve R0. Der Punkt P0 entspricht in diesem Fall einer Kraft F von 40 daN und somit einem Reibungskoeffizienten von 0,5, um die erforderliche Reibungskraft von 20 daN zu erzielen. Aufgrund der verkleinerten Steigung ist die Ab­ weichung A F1 der Kraft im dynamischen Bereich Cd des Ver­ laufs in Bezug auf den Punkt P1 geringer als die entspre­ chende Abweichung A F0 in Bezug auf den Punkt P0. Anders ausgedrückt ermöglicht diese verminderte Steigung einen Bereich des dynamischen Verlaufs bzw. des Hubs, der wesentlich größer als Cd ist, und der in diesem Beispiel ein Millimeter überschreitet, ohne daß sich die aufge­ brachte Kraft F übermäßig verändert. Die Festigkeit bzw. der Widerstand des Lenkverhaltens ist auf diese Weise praktisch konstant, um so mehr deshalb, weil vorgesehen ist, daß die Platten 141 aus einem gegen Verschleiß wider­ standsfähigen Material bestehen, beispielsweise aus einem selbstschmierenden Kunststoff, so daß der maximale Hub Cd zum Auffangen von Spiel, der beim Stand der Technik etwa 0,4 mm betrug, ähnlich 0,2 mm für einen Fehler der Exzen­ trizität oder Zahnsprung und 0,2 mm für Verschleiß, im vorliegenden Fall auf die genannten 0,2 mm für den Zahn­ sprung reduziert ist (nicht dargestellt).

Die Gesamtheit der übrigen Teile des Mechanismus 10, außer der Feder 17, besteht aus Kunststoffmaterial mit gutem Temperaturverhalten in einem ausgedehnten Bereich (-40°C bis +130°C), welches widerstandsfähig gegenüber Ölen, Fet­ ten und Erdölprodukten ist und eine geringe Absorption von Flüssigkeiten zeigt, insbesondere hydrophob ist.

Um ein Nachgeben durch Alterung des Abschnitts 172 zu ver­ meiden und um die mechanischen Eigenschaften dieses Be­ reichs zu verändern, wenn dies gewünscht ist, kann die Anordnung einer Schraubenfeder in der Aussparung 175 vor­ gesehen sein, wobei sich diese in Richtung der Achse 21 des Mechanismus erstreckt.

Die Führung des Kolbens 13 in der Aufnahme 11 wird in die­ sem Beispiel durch die Aufnahme gewährleistet. Man hätte indes auch vorsehen können, daß die genannte Funktion durch den Stopfen wahrgenommen wird, da dieser fest mit der Aufnahme 11 verbunden ist, und somit auch mit dem Fahrgestell. In diesem Fall würde der Stopfen zusätzlich einen Fortsatz aufweisen, der ihn in axialer Richtung (21) in die Aufnahme 11 hinein verlängert. Dieser Fortsatz könn­ te die Form einer Schürze haben, die ggf. auf einen Käfig reduziert sein könnte, der aus einfachen, in Längsrichtung verlaufenden Laschen gebildet wäre, zur Aufnahme des Füh­ rungsabschnitts 15, wodurch dieser in axialer Richtung geführt wird. Eine Führung, die innerhalb der Feder 17 angeordnet ist, durch axiale Stäbe des Stopfens, die durch die Abschnitte 172 und 171 hindurchgehen, ist ebenfalls möglich, wie auch ein einzelner zentraler Stab, wobei dann die Aussparung 175 vorzugsweise exzentrisch angeordnet wäre. Es ist ersichtlich, daß in diesem Fall die Stange bzw. die Stangen der Führung eine solche Länge hat bzw. haben, daß ein Zwischenraum zwischen ihrem freien Endab­ schnitt und der Auflage 14 verbleibt und daß die stoßdämp­ fenden Puffer in einem solchen Fall in dem Zwischenraum bzw. den Zwischenräumen vorgesehen sein können, um an die Stelle des Anschlagskragens 173 zu treten oder um mit die­ sem zusammenzuwirken.

In gleicher Weise kann der zylindrische Abschnitt 15 des Kolbens 13 auch selbst eine Funktion des Auffangens von Spiel und/oder eines Dämpfungsanschlags haben, d. h. daß, sehr schematisch dargestellt, seine Wand auf einer be­ stimmten axialen Länge einen schraubenförmigen Schlitz aufweisen kann, um eine Feder zu bilden, mit möglicherwei­ se mehreren Abschnitten unterschiedlicher Steifigkeit, um eine oder mehrere Kurven der Art R1, R2 und R3 zu erhal­ ten. Man kann auf diese Weise jeglichen Federanschlag, wie etwa 173, weglassen, wobei der Rand 16 in einem solchen Fall permanent auf dem Stopfen 12 angebracht wäre.

Man stellt fest, daß der Kupplungsmechanismus nach der vorliegenden Erfindung dazu dienen kann, wie es hier der Fall ist, die Zahnstange gegen das Ritzel zu drücken, oder umgekehrt das Ritzel oder dessen Welle gegen die Zahnstan­ ge zu drücken. In einer allgemeineren Weise und im gesam­ ten Bereich der Mechanik ermöglicht der Mechanismus nach der Erfindung eine verbesserte Beherrschung der Kopplung von zwei aufeinandergesetzten Teilen, unabhängig davon, ob sie einfach gegeneinander anliegen oder miteinander ver­ zahnt sind, und sei es eine drehende oder lineare Verzah­ nung. Auch eine Verwendung als Dämpfer einer Blattfeder, die eine variable Last trägt, ist denkbar.

Durch feste Verbindung, beispielsweise durch Kleben, der Dämpfungsfeder (17) mit den beiden Teilen des Mechanismus (12, 13), die sie verbindet, kann man die Richtung der Kraft, die auf den Kolben ausgeübt wird, umkehren, und durch Anbringen eines Hakens an diesem jegliches gewünsch­ te Teil heranziehen. In diesem Fall kann vorgesehen sein, um die Zugbeanspruchung des Abschnitts 172 der Feder, der eine geringe Steifigkeit aufweist, zu begrenzen, daß der massive Abschnitt 171 geringfügig im Durchmesser reduziert wird, um an seinem Anschluß an den Abschnitt 171 einen zu der Auflage 14 hin gewandten, radialen Absatz zu bilden. Eine entsprechende Verringerung des inneren Durchmessers der Aufnahme 11 in ihrem Bereich in der Nähe der Auflage 14 ermöglicht ebenfalls, einen zu dem Stopfen hin ge­ wandten Absatz zu schaffen, um die Verlängerung des ge­ schwächten Abschnitts 172 zu begrenzen.

Es ist ersichtlich, daß in einer allgemeinen Weise die Form des Querschnitts der Feder 17 beliebig ist und daß das Gleiche für die relative Position der Federn 171 und 172 gilt, die in funktionaler Hinsicht übereinander ange­ ordnet sind, wobei die Ausführung jeder einzelnen Feder nur vom jeweiligen Fall abhängt. Die Feder 17 kann somit aus einem Material sein, das natürlicherweise elastisch ist, oder aus einem Material, beispielsweise aus Stahl, dem man eine geeignete Form gegeben hat, welche eine aus­ reichende elastische Verformung ermöglicht, beispielsweise eine Schraubenform.

In der in Fig. 3 dargestellten Variante tragen die einzel­ nen Teile die Bezugszeichen nach Fig. 1, soweit sie diesen ähnlich sind. Nachfolgend werden lediglich die Unterschie­ de gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 erläutert. Dies sind zwei Unterschiede.

Sie beziehen sich einerseits auf die Auflage 14, die in diesem Fall aus einem einzigen Stück aus Kunststoffmateri­ al besteht, wobei in diesem Fall keine aufgesetzte Platte 141 vorhanden ist, die weiter oben beschrieben ist, wo auch darauf hingewiesen ist, daß der Kolben 13 als ganzes aus PET hergestellt sein kann. Die Auflage 14, die aus einem einzigen Stück besteht, ist somit aus einem Material mit geringem Reibungskoeffizienten hergestellt.

Andererseits ist die Form der Feder, die mit 37 bezeichnet ist, unterschiedlich. Die Feder 37 zeigt über ihre ganze Länge eine rohrförmige Gestalt 372, wobei am Ende zwei gegenüberliegende Zentrierungsrohre 123 und 143 vorhanden sind, die jeweils zum Stopfen 32 bzw. zu der Auflage 14 gehören. Ein Kragen 373, der dem Kragen 173 entspricht, ist entlang seines Umfangs mit einem Dichtungsabschnitt 374 versehen (vergleiche 174) und erstreckt sich in radia­ ler Richtung zwischen dem Rand 16 und dem gegenüberliegen­ den Stopfen 32.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, befindet sich der rohrför­ mige Abschnitt 372 in der Ruhestellung in einem Abstand von der Innenfläche des zylindrischen Abschnitts 15 des Kolbens 13 und besitzt in diesem Beispiel eine nach außen gewölbte Form.

In gleicher Weise ist der Kragen 373 in der Ruhestellung nicht zwischen dem Stopfen 32 und dem Rand 16 festge­ klemmt, sondern befindet sich in diesem Beispiel in einem Abstand dazu. Außerdem weist der Kragen in diesem Beispiel einen veränderlichen Querschnitt auf, wobei diese Variante in der Zeichnung zum Zwecke der Klarheit der Darstellung in radialer Richtung, quantitativ in Form von zwei Stufen, dargestellt ist.

Die Funktionsweise des Mechanismus 30 ist wie folgt.

Wenn sich der Kolben 13 in Richtung auf den Stopfen 32 zurückbewegt, wird die Feder 37 in axialer Richtung zusam­ mengedrückt, und das elastische Material, das in radialer Richtung frei ist, neigt zum Fließen in radialer Richtung, d. h. in einer Richtung quer zur Einwirkung des Drucks auf die Feder 37. Der zylindrische Teil 372 verformt sich so­ mit, indem er sich in radialer Richtung aufweitet, bis er die Innenfläche des zylindrischen Teils der Führung 15 des Kolbens 13 erreicht. Der gewölbte Abschnitt begünstigt hierbei ein Ausknicken nach außen durch radiale Aufweitung der Feder 37. Im Vergleich zu einer einfachen Kompression ohne Ausknicken, die man ebenfalls hätte vorsehen können, wird der Widerstand der Feder 37 gegen Zusammendrücken auf diese Weise reduziert, sobald die Axialkraft, die die Feder zusammendrückt, zum Ausknicken führt. Von dem Moment an, in dem die Innenfläche der Führung 15 erreicht ist, kann das Ausknicken praktisch nicht weiter auftreten, und somit erhöht sich der Widerstand der Feder 372 gegen die axiale Kompression, wobei auf den Abschnitt R2 in Fig. 2 Bezug genommen sei. Auf diese Weise kommt die Feder 37 durch Ausknicken in Kontakt mit der Führung 15, die dann das Ausknicken begrenzt, und die Feder 37 stützt sich auf der Führung 15 ab, um die Auflage 14 zurückzustoßen, d. h. um die Abweichung der Rückstellkraft zu vergrößern (R2), wenn diese die Feder 37 über einen bestimmten Hub hinaus zusammendrückt. Die Führung 15 wirkt in dieser Weise als eine Art Umreifung der Feder 37.

Man erkennt, daß die Feder 37 zahlreiche weitere Formen besitzen könnte, massiv oder ausgespart, unter Umständen auch ohne Drehsymmetrie, in dem Maße wie diese Formen eine radiale Aufweitung bis zu einer Begrenzungsfläche der Feder zulassen, die sich in der Höhe des radialen Quer­ schnitts der Feder, die der maximalen radialen Aufweitung unterworfen ist, befinden kann oder auch nicht.

Unabhängig hiervon wird der Kragen 373 durch den Rand 16 eingeklemmt, der sich zurückbewegt, und da der Kragen ei­ nen veränderlichen Querschnitt hat, setzt er der Rück­ wärtsbewegung eine Kraft entgegen, die schnell zunimmt, und zwar in dem Maße, in dem einerseits die Kompression der bereits betroffenen Volumenbereiche zunimmt und ander­ erseits, mit dieser, der Anteil der komprimierten Fläche des Kragens 373 zunimmt, d. h. der Anteil der Volumen­ bereiche des Materials, die sich benachbart zu den vorher­ gehenden befinden, bis die gesamte Masse des Kragens 373 betroffen ist bzw. beaufschlagt wird.

Auf diese Weise entstehen neue Unterbrechungen der Stei­ gung, die insgesamt mit R3 bezeichnet sind, und die zu derjenigen (R2) hinzukommen, deren Ursache der zylindri­ sche Abschnitt 372 der Feder ist.

Zusätzlich oder anstelle der vorgenannten Möglichkeiten hätte man auch eine axiale Aufweitung vorsehen können, unter Umständen durch Ausknicken, in Richtung auf den hoh­ len Innenraum der Feder 37, bis zu einer axialen Anlage­ stange, die fest mit dem Stopfen 32 oder mit der Auflage 14 verbunden ist, bzw. schwimmend angeordnet ist. Es könn­ te auch vorgesehen sein, daß sich die Innenwand der Feder 37 an sich selbst abstützt, wenn sie sich in Richtung zur Achse 20 aufweitet, was gleichbedeutend damit ist, daß diese Aufweitung den inneren Durchgang der Feder 37 ab­ schnürt.

Claims (15)

1. Mechanismus zum Kuppeln einer Zahnstange (5) gegen ein Ritzel (1) zum translatorischen Antrieb der Zahnstange (5), mit einem Mittel (17, 37) zum Andrücken des Ritzels (1) und der Zahnstange (5) gegeneinander, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Mittel (17, 37) zum Andrücken dafür ein­ gerichtet ist, daß es seine Wirkung entsprechend zumindest zwei aufeinanderfolgenden Stufen (R1, R2) des Andrucks ausübt.

2. Kupplungsmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Auflagemittel (14) zwischen der Zahn­ stange (5) und dem Mittel (17) zum Andrücken vorgesehen ist, zwischen denen die Zahnstange (5) reibt, und ein Mit­ tel (15) zur Führung des Auflagemittels (14).

3. Kupplungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Andrücken einen Puffer (171) aus elastischem Material umfaßt, der von ei­ ner Schürze (172) aus dem gleichen Material verlängert ist, wobei deren Stufe des Andrucks (Rl) geringer ist als die (R2) des Puffers (171).

4. Kupplungsmechanismus nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mittel zum Andrücken (171, 172) aus ei­ nem einzigen Block bestehen.

5. Kupplungsmechanismus nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckschürze (172) einen Kragen (173) zur Dämpfung trägt.

6. Kupplungsmechanismus nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (173) zur Dämpfung sich zwischen dem Führungsmittel (15) und einem Anschlagmittel (12) für den Puffer (171) und die Andruckschürze (172) er­ streckt.

7. Kupplungsmechanismus nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Andruckmittel (14) und das Führungsmittel (15) aus einem einzigen Block bestehen.

8. Kupplungsmechanismus nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Führungsmittel (15) in einem Gehäuse (11) angeordnet ist, das durch einen Anschlagstopfen (12) für den Puffer (171) und die Andruckschürze (172) ver­ schlossen ist.

9. Kupplungsmechanismus nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anschlagstopfen (12) durch eine Schürze zur Aufnahme des Führungsmittels (15) verlängert ist.

10. Mechanismus nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflagemittel (15) eine Reibplatte (141) trägt.

11. Kupplungsmechanismus nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflagemittel (14) aus einem einzigen Teil aus einem Material mit geringem Rei­ bungskoeffizienten hergestellt ist.

12. Kupplungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Andrücken (37) dafür eingerichtet sind, daß sie durch Aufweitung quer zu ihrer Andruckrichtung in Kontakt mit einem Mittel (15) zur Begrenzung der Aufweitung kommen und sich auf diesem abstützen, um ihre Andruckwirkung auszuüben.

13. Kupplungsmechanismus nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mittel zum Andrücken (37) so eingerich­ tet sind, daß sie sich durch Ausknicken verformen.

14. Kupplungsmechanismus nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Führungsmittel (15) das Begrenzungsmit­ tel beinhaltet.

15. Kupplungsmechanismus nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Andrücken (37) so ein­ gerichtet sind, daß sie das Begrenzungsmittel bilden.