DE2913641C2

DE2913641C2 - Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2913641C2
Application number: DE19792913641
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1979-04-05
Filing date: 1979-04-05
Publication date: 1985-11-21
Also published as: DE2913641A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge, mit einer in einem Gehäuse aufgenommenen Zahnstange, deren der Verzahnung gegenüberliegender Rücken eine zylindrische Gestalt oder prismatische Gestalt mit zwei Tragflächen aufweist, die symmetrisch zur Verzahnung etwa um 45° gegen die Verzahnungsebene geneigt sind, mit einer dem Ritzeleingriff gegenüberliegenden Andrückeinrichtung, die auf einer quer zur Zahnstangenlängsachse liegenden Tragachse zwei radial und axial belastbare drehbare Andfückscheiben aufweist, von denen je eine auf jeder Seite der Zahnstangenlängsmittelebene unter der Wirkung einer Belastungskraft gegen den Zahnstangenrükken gedruckt wird, wobei die Form der Umfangstragflächen der Andrückscheiben der Gestalt des Zahnstangenrückens entspricht.
Solche Zahnstangenlenkungen sind mit Zahnstangen, deren Rücken prismatisch gestaltet ist, bekannt. Bei diesen ist in einer um die Ritzelachse schwenkbaren Schwinge eine Andrückrolle gelagert, welche beiderseits der Zahnstangenmittelebene kegelige Flächen aufweist, die mit entsprechend geneigten Tragflächen der Zahnstange zusammenwirken. Man geht dabei davon aus, daß bei zunehmenden Lenkungskräften die Schwinge ausschlagen und damit die Andrückrolle stärker gegen den Zahnstangenrücken andrücken wird als bei geringen Lenkungskräften. Dabei wird auf zusätzliche Andruckmittel wie Stellschrauben oder Federn verzichtet. Auf diese Weise läßt sich jedoch keine eindeutig definierte Andrückkraft für die Rolle erreichen, sondern es muß im Betrieb damit gerechnet werden, daß infolge unkontrollierter Pendelbewegungen der Schwinge die Andrückkraft und damit die zur Betätigung der Lenkung erforderliche Kraft starken Schwankungen unterliegen wird bzw. übermäßiges Zahnspiel auftritt (FR-PS 22 04 167).
Es sind auch bereits Ausführungen bekannt geworden, bei denen zur Reibungsverminderung Wälzlageraußenringe auf den Zahnstangenrücken einwirken. Dabei sind diese Wälzlager in besonderen Führungen untergebracht, die entweder durch Stellschrauben oder auch durch Federn so beaufschlagt werden, daß die Wälzlageraußenringe in Kontakt mit dem Zahnstangenrücken kommen (DE-AS 12 09 893, DE-OS 28 07 005).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannten Lagerungen im Bereich des Ritzeleingriffes einer Zahnstangenlenkung so abzuändern, daß bei geringstmöglichem Bauaufwand Reibung und Verschleiß auf ein Minimum reduziert werden sowie ein ordnungsgemäßer Zahneingriff sichergestellt ist.

Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß bei Einrichtungen der eingangs genannten Art die Tragachse in radialer Richtung der Andrückscheiben unbeweglich im Gehäuse aufgenommen ist, und daß jede der Andrückscheiben durch ein Wälzlager gebildet ist, dessen Innenring längsverschieblich auf der Tragachse geführt ist, wobei der Innenring des einen Wälzlagers auf der von der Zahnstange abgelegenen Seite des Wälzlagers an einem axialen Anschlag anliegt und der Innenring des anderen Wälzlagers auf seiner von der Zahnstange abgelegenen Seite durch ein Federelement in

Richtung auf das eine Wälzlager hin beaufschlagt ist

Auf diese Weise wird nicht nur der bei bekannten Ausführungen erforderliche Bauraum erheblich reduziert, sondern es wird weiterhin bei geringstmöglichem Herstellungsaufwand eine Ausführung erreicht, die alle an sie gestellten Forderungen bezüglich Spielfreiheit einerseits und Reibungs- und Verschleißminderung andererseits voll erfüllt

Die verwendeten Wälzlager können im einfachsten Falle als einreihige Lager mit zur Lagerachse geneigter Hauptbelastungsrichtung ausgebildet sein, was beispielsweise für Schrägkugellager, Schrägnadellager, Kegelrollenlager od. dgl. zutrifft

Um bei Verwendung von Schrägkugellagern zu vermeiden, daß die Lageraußenringe unter Belastung abkippen, sollten diese so ausgelegt werden, daß die Gerade, die die Richtung der von der Zahnstange auf das Lager ausgeübten Belastung anzeigt, eine durch die Kugelmitten gelegte Ebene radial innerhalb eines durch die Kugelmitten verlaufenden Kreises schneidet.

Als Federelemente können bei der erfindungsgemäßen Lagerung eine oder mehrere hintereinander geschaltete Tellerfedern dienen, die sich einerseits an einem Wälzlagerinnenring und andererseits an einem die Tragachse aufnehmenden Gehäuse abstützen. Diese Federart ist in der Lage, bei geringstem Raumbedarf die erforderlichen Federkräfte aufzubringen.

Die Tragachse für die Wälzlager kann längsverschieblich und arretierbar in einem sie aufnehmenden Gehäuse aufgenommen sein und einen Bund, Anschlag od. dgl. aufweisen, gegen den sich der Innenring des einen Wälzlagers axial abstützt. Dabei kann sie beispielsweise an ihrem einen Ende längsverschieblich in einer Bohrung eines sie aufnehmenden Gehäuse abgestützt sein, während sie an ihrem anderen Ende mit einem Außengewinde in eine Gewindebohrung des Gehäuses eingeschraubt ist. Es ist jedoch auch möglich, die Tragachse an ihrem einen Ende fest in einer Bohrung eines sie aufnehmenden Gehäuses zu lagern, während sie an ihrem anderen Ende durch eine gegenüber einer Bohrung des Gehäuses abgedichtet längsverschiebbare Gehäusescheibe getragen ist, die durch ein in ein Gewinde der Tragachse eingreifendes Schraubenelement axial verschieblich abgestützt ist

Die Zeichnungen zeigen in zwei Schnittdarstellungen Ausführungsbeispiele der Erfindung.

F i g. 1 zeigt ein Gehäuse 1, in welchem ein Ritzel 2, das in eine Lenkspindel 3 übergeht, mittels eines Nadellagers 4 und eines Kugellagers 5 gelagert is>.. Am offenen Ende ist das Gehäuse durch eine Dichtung 5 abgedichtet.

In die Verzahnung des Ritzels 2 greift die Verzahnung 7 einer Zahnstange 8, die quer zum Ritzel 2 verläuft, ein.

In einem Ansatz 9 des Gehäuses 1, welcher einerseits durch einen eingeschraubten Deckel 10 abgeschlossen ist, ist eine quer zur Zahnstange 8 verlaufende Tragachse 11 gelagert. Diese Tragachse trägt an ihrem rechten Ende ein Außengewinde, mit dem sie in eine Gewindebohrung des Deckels 10 eingeschraubt ist Um sie drehen zu können, trägt sie am Ende ein Sechskant 12. Durch eine aufgeschraubte Kontermutter 13 kann sie gegenüber dem Deckel 10 blockiert werden. An ihrem anderen Ende ist sie gleitend in einer Bohrung des Ansatzes 9 geführt und durch einen Dichtring 14 abgedichtet.

Die Tragachse 11 trägt zwei Schrägkugellager, welche je aus einem Innenring 15 bzw. 15', einer als Außenring wirkenden Andrückscheibe 16 und zwischen diesen abrollenden Kugeln 17 bestehen, die in Käfigen 18 untergebracht sind. Die Innenringe 15 bzw. 15' sind längsverschieblich auf der Tragachse 11 geführt Der Innenring des linken Kugellagers stützt sich gegen einen in eine Nut der Tragachse 11 eingesetzten Sicherungsring

19 ab, während der Innenring 15' des rechten Kugellagers sich unter Zwischenschaltung einer Tellerfeder 20 gegen den Deckel 10 abstützt. Die Andrückscheiben 16 sind in den Abschnitten 21, mit denen s'.e sich an der Zahnstange 18 abstützen, in ihrer Kontur der zylindrischen Mantelfläche der Zahnstange angepaßt

Dadurch, daß der Innenring 15' des rechten Kugellagers und damit dieses gesamte Lager durch die Tellerfeder 20 nach links gedrückt wird, wird durch die Andruckscheiben 16 der beiden Kugellager eine Kraftkomponente auf die Zahnstange 8 ausgeübt, welche diese gegen das Ritzel 2 drückt und damit die Verzahnung 7 der Zahnstange 8 in spielfreier Anlage an der Verzahnung des Ritzels 2 hält Zur Einstellung der Wälzlagerung kann nach dem Lösen der Kontermutter 13 die Tagachse 11 mittels des Sechskames 12 gedreht werden, wobei sie durch das Gewinde in dem Deckel 10 nach rechts oder links geschraubt werden kann. Da der Sicherungsring 19 auf das linke Kugellager einwirkt während das rechte Kugellager unter Einwirkung de"· Tellerfeder

20 steht, kann durch eine Annäherung des Sicherungsringes 19 an den Deckel 10 die Kraft der Tellerfeder 20 erhöht werden, wodurch die Zahnstange 8 mit größerer Kraft in die Verzahnung des Ritzels 2 gedrückt bzw. der Federweg der Tellerfeder 20 eingeengt wird.

Um zu vermeiden, daß die Andrückscheiben 16 unter der auf sie einwirkenden Belastung seitlich abkippen, sind die Lager so ausgebildet, daß die Gerade 30, die die Richtung der von der Zahnstange 8 auf das Lager ausgeübten Belastung anzeigt, die durch die Mittelpunkte der Kugeln 17 gelegte Ebene 31 radial innerhalb eines durch die Kugelmitten verlaufenden Kreises schneidet.

In F i g. 2 ist in einem Teilschnitt eine Variante dargestellt. Eine Tragachse 22, weiche an ihrem linken Ende in einer Bohrung des Gehäuseansatzes 9 fest gelagert ist, stützt sich stirnseitig starr durch einen Kopf 23 am Gehäuse ab. Am gegenüberliegenden Ende ist die Tragachse 22 in einem kreisförmigen Deckel 24 aufgenommen, welcher gleitend in einer Bohrung 25 des Gehäuseansatzes 9 geführt und mittels des Dichtringes 26 gegenüber dieser abgedichtet ist Die Tragachse 22 besitzt an ihrem rechten Ende ein Außengewinde, welches zwei Muttern 27, die als Kontermuttern zusammenwirken, trägt.

Auf der Tragachse 22 sind auch hier zwei Schrägkugellager geführt, welche im wesentlichen denen nach F i g. 1 entsprechen. Das linke Kugellager stützt sich mit seinem Innenring 15 unmittelbar gegen den Gehäuseansatz 9 ab, während sich der Innenring 15' des rechten Kugellagers unter Zwischenschaltung einer Tellerfeder 28 gegen den Deckel 24 abstüzt. Nach Lösen der beiden Kontormullcrn 27 kann die dein Deckel 24 Ικίι;κ1ιΙ>ϊιιιι* Mutter mehr oder weniger weit auf das Gewinde der Tragachse 22 aufgeschraubt werden, wodurch der Dekkel 24 gegenüber der Tragachse 22 verschoben wird. Ist die gewünschte Position erreicht kann die dem Deckel 24 benachbarte Mutter 27 durch die zweite Mutter gekontert und damit blockiert werden.

Im Gegensatz zu der in F i g. 1 dargestellten Ausführung ist in diesem Falle die Zahnstange 8 in den Umfangsbereichen, in denen sich die Andrückscheiben 16 an ihrer abstützen, mit tangentialen Tragflächen 29 versehen. Die Andrückscheiben 16 sind dementsprechend kegelförmig ausgebildet. Es versteht sich, daß es im

Rahmen der Erfindung auch möglich ist, der Zahnstange
einerseits und den Andrückscheiben andrerseits auch
andere geeignete Konturen zu geben. Ebenso ist es
möglich, anstelle der dargestellten Schrägkugellager andere Wälzlagerarten, insbesondere auch Schrägnadeliager. Kegelrollenlager od. dgl. zu verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge, mil einer in einem Gehäuse (1) aufgenommenen Zahnstange (8), deren der Verzahnung (7) gegenüberliegender Rücken eine zylindrische Gestalt oder eine prismatische Gestalt mit zwei Tragflächen (29) aufweist, die symmetrisch zur Verzahnung (7) etwa um 45° gegen die Verzahnungsebene geneigt sind, mit einer dem Ritzeleingriff gegenüberliegenden Andrückeinrichtung, die auf einer quer zur Zahnstangenlängsachse liegenden Tragachse (It, 22) zwei radial und axial belastbare, drehbare Andrückscheiben (16) aufweist, von denen je eine auf jeder Seite der Zahnstangenlängsmittelebene unter der Wirkung einer Belastungskraft gegen den Zahnstangenrücken gedrückt wird, wobei die Form der Umfangstragflächen der Andrückscheiben (16) der Gestalt des Zahnstangenrückens entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragachse (11,22) in radialer Richtung der Andrückscheiben (16) unbeweglich im Gehäuse (1) aufgenommen ist, und daß jede der Andrückscheiben (16) durch ein Wälzlager gebildet ist, dessen Innenring (15,15') längsverschieblich auf der Tragachse (11, 22) geführt ist, wobei der Innenring (15) des einen Wälzlagers auf der von der Zahnstange abgelegenen Seite des Wälzlagers an einem axialen Anschlag anliegt und der Innenring (15') des anderen Wälzlagers auf seiner von der Zahnstange abgelegenen Seite durch ein Federelement (20,28) in Richtung auf das eine Wälzlager hin beaufschlagt ist.

2. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzlager als einreihige Lager mit zur Lagerachse geneigter Hauptbelastungsrichtung, wie Schrägkugellager, Schrägnadellager, Kegelrollenlager oder dergleichen ausgebildet sind.

3. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Querschnitt betrachtet, die Umfangstragflächenmittelnormaie (30) der Wälzlageraußenringe (16) eine durch die Wälzkörpermitten gelegte Ebene (31) radial innerhalb eines durch die Wälzkörpermitten verlaufenden Kreises schneidet.

4. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Federelement eine oder mehrere Tellerfedern (20,28) dienen, die sich einerseits am Wälzlagerinnenring (15') und andererseits an einem die Tragachse (U, 22) aufnehmenden Gehäuseteil (10,24) abstützen.

5. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragachse (11) einen Anschlag (19) aufweist, gegen den sich der Innenring (15) des einen Wälzlagers axial abstützt, und an ihrem einen Ende längsverschieblich in einer Bohrung des Gehäuses (9) abgestützt ist, während sie an ihrem anderen Ende mit einem Außengewinde in eine Gewindebohrung des Gehäuses (10) eingeschraubt ist.

6. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragachse (22) an ihrem einen Ende in einer Bohrung des sie aufnehmenden Gehäuses (9) gelagert ist und mit einem Kopf (23) an der Außenseite des Gehäuses (9) anliegt, während sie an ihrem anderen Ende einen gegenüber einer Bohrung (25) des Gehäuses (9) abgedichtet längsverschiebbaren Deckel (24) durchdringt und diesen mittels eines in ein Gewinde der Tragachse (22) eingreifenden Schraubenelementes (27) axial gegen das Federelement (28) drückt