DE3742040C1

DE3742040C1 - Rack-and-pinion gear

Info

Publication number: DE3742040C1
Application number: DE19873742040
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl-Ing Bogner
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1987-12-11
Filing date: 1987-12-11
Publication date: 1989-03-09

Abstract

The invention relates to a rack-and-pinion gear, in particular a rack-and-pinion steering gear for motor vehicles, with a rack which is guided in an axially displaceable manner in a housing and is in engagement with a rotatably mounted driving pinion, the rack being pressed against the driving pinion by a thrust-transmitting piece engaging on its back facing away from the toothing, and means being provided which counteract a rotation of the rack about its longitudinal axis. For the purpose of ensuring smooth-running, tilt-free operation under all operational stresses, there are provided on the rack, along its toothing, guide surfaces which cooperate with guide rings arranged on both sides of the shaft of the driving pinion.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnstangengetriebe, insbesondere ein Zahnstangenlenkgetriebe für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a rack and pinion gear, in particular a rack and pinion steering gear for motor vehicles, according to the Preamble of claim 1.

Insbesondere bei Zahnstangen-Lenkgetrieben ist es problema tisch, einerseits eine Spielfreiheit bei allen auftretenden Betriebsbelastungen zu erreichen und andererseits die Leicht gängigkeit des Lenkgetriebes sicherzustellen. Beispielswei se durch die DE-OS 35 24 480 ist es dazu bekannt, innerhalb des Druckstückes ein Wälzlager vorzusehen, dessen Außenring sich auf einer Führungsfläche am Rücken der Zahnstange ab wälzt. Bekannt ist es auch, die Zahnstange an ihrem Rücken satteldachförmig auszubilden, um eine verdrehsichere Füh rung der Zahnstange im Gehäuse herzustellen. Die Leichtgängig keit der Zahnstange bestimmt sich aber nicht nur aus dem Zu sammenwirken zwischen Zahnstangenrücken und Druckstück, son dern auch aus dem Zusammenwirken zwischen der Verzahnung an der Zahnstange und dem Antriebsritzel. Die Vorspannung des Druckstückes auf die Zahnstange darf deshalb nicht zu hoch sein. Bei einer asymmetrischen Anlenkung der Spurstangen an der Zahnstange werden störende Drehmomente eingeleitet, die die Zahneingriffsverhältnisse verändern und eine Schwergängigkeit oder ein hakeliges Lenkgefühl verur sachen können.It is particularly problematic with rack and pinion steering gears table, on the one hand freedom of play for everyone who occurs To achieve operating loads and on the other hand the light ensure the smoothness of the steering gear. For example se through DE-OS 35 24 480 it is known to within the thrust piece to provide a rolling bearing, the outer ring on a guide surface on the back of the rack wallows. It is also known to have the rack on her back to form a gable roof in order to prevent twisting rack in the housing. The smooth-running speed of the rack is not only determined by the closing interact between the rack back and pressure piece, son also from the interaction between the gearing the rack and pinion. The preload of the Pressure piece on the rack must therefore not be too high be. With an asymmetrical linkage of the tie rods disruptive torques are introduced to the rack, that change the meshing conditions and cause stiffness or a rough feel can do things.

Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäße Zahnstangen getriebe hinsichtlich seiner Spielfreiheit und Leichtgängig keit bei allen möglichen auftretenden Betriebsbelastungen zu verbessern. The object of the invention is the generic racks gearbox in terms of its freedom of play and smooth operation with all possible operating loads improve.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Durch die erfindungs gemäßen Merkmale wird bei spielfrei zueinander eingestellten Verzahnungseingriffen der durch das Druckstück ausgeübte An preßdruck zwischen Zahnstange und Antriebsritzel nicht mehr über die Verzahnung abgestützt, sondern über die beiderseits der Verzahnung vorgesehenen Führungsflächen an der Zahnstange auf die Führungsringe, die auf der Welle des Antriebsritzels ausgebildet oder angeordnet sind. Dadurch kann bei einem rela tiv hohen Anpreßdruck zwischen Zahnstange und Antriebsritzel sichergestellt werden, daß selbst bei hohen Betriebsbelastungen keine erhöhte Reibung oder ein Verkanten in der Verzahnung auftritt. Zahnstange und Zahnritzel bleiben spielfrei und ohne Relativbewegung miteinander im Eingriff.This object is achieved with the characteristic Features of claim 1 solved. Through the fiction appropriate features is set with each other without play Gear engagement of the pressure exerted by the pressure piece no more pressure between rack and drive pinion supported on the gearing, but on both sides the teeth provided guide surfaces on the rack on the guide rings on the shaft of the drive pinion are trained or arranged. This allows a rela tiv high contact pressure between rack and drive pinion ensure that even with high operating loads no increased friction or jamming in the teeth occurs. The rack and pinion remain free of play and without Relative movement in engagement with each other.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind den Patentansprüchen 2-6 entnehmbar. So können die Führungs ringe durch Wälzlager gebildet sein, die auf der Welle des Antriebsritzels angeordnet sind. Dabei kann gemäß Patentan spruch 3 aus Montagegründen und um Bauraum zu sparen, die in nere Laufbahn des oder der Wälzlager unmittelbar auf der Welle des Antriebsritzels ausgeführt sein.Advantageous and expedient developments of the invention can be inferred from claims 2-6. So the leaders can rings are formed by roller bearings on the shaft of the Drive pinion are arranged. According to Patentan saying 3 for assembly reasons and to save space, which in nere career of the roller bearing or bearings directly on the Drive pinion shaft to be executed.

Bevorzugt wird jedoch gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 4 und 5 vorgeschlagen, auf der Welle des Antriebsritzels Füh rungsringe anzuordnen bzw. festzulegen, die mit den Führungs flächen an der Zahnstange in einer Ebene zusammenwirken, die einer auf dem Teilkreis der Verzahnung liegenden Ebene ent spricht. Dadurch ist eine Wälzbewegung zwischen den Führungs ringen des Antriebsritzels und den Führungsflächen der Ver zahnung ohne Gleitreibungsanteil sichergestellt.However, preference is given to the features of the claims 4 and 5 proposed on the shaft of the drive pinion arrange ring rings with the guide surfaces on the rack interact in a plane that a plane lying on the pitch circle of the toothing speaks. This creates a rolling movement between the guides rings of the drive pinion and the guide surfaces of the ver teeth without sliding friction guaranteed.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in Two embodiments of the invention are in the following further details explained. The schematic drawing shows in

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Zahnstangen-Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge, in einer Querschnittsebene entlang der Mittelachse der Welle des Antriebsritzels und der Mittel achse des Druckstückes, wobei Wälzlager als Führungsrin ge zwischen Antriebsritzel und Zahnstange vorgesehen sind; Fig. 1 shows a cross section through a rack and pinion steering gear for motor vehicles, in a cross-sectional plane along the central axis of the shaft of the drive pinion and the central axis of the pressure piece, roller bearings being provided as a guide ring between the drive pinion and the rack;

Fig. 2 in der gleichen Querschnittsebene einen Querschnitt durch ein Zahnstangen-Lenkgetriebe mit auf der Welle des An triebsritzels festgelegten Führungsringen. Fig. 2 in the same cross-sectional plane a cross section through a rack-and-pinion steering gear with on the shaft of the drive pinion to fixed guide rings.

Bei einem Zahnstangen-Lenkgetriebe (10) für Kraftfahrzeuge ist in einem Gehäuse (12) eine Zahnstange (14) axial verschiebbar gelagert. Auf den kreis förmigen Rücken der Zahnstange (14) wirkt ein Druckstück (16), welches in einer Bohrung (18) des Gehäuses (12) des Zahnstan gengetriebes senkrecht zur Längsachse der Zahnstange (14) ver schiebbar geführt ist. Auf das Druckstück (16) wirkt eine Schraubendruckfeder (20), die an einem die Bohrung (18) ab schließendem Deckel (22) abgestützt ist. Über das Druckstück wird die Zahnstange (14) gegen ein Antriebsritzel (24) vorge spannt, das auf einer Welle (26) ausgebildet ist. Die Welle (26) ist über ein Wälzlager (28) und ein weiteres, auf der Zeichnung nicht ersichtliches Lager drehbar und axial unver schiebbar im Gehäuse (12) gelagert.In a rack and pinion steering gear ( 10 ) for motor vehicles, a rack ( 14 ) is axially displaceably mounted in a housing ( 12 ). On the circular back of the rack ( 14 ) acts a pressure piece ( 16 ), which is guided in a bore ( 18 ) of the housing ( 12 ) of the toothed rack gear perpendicular to the longitudinal axis of the rack ( 14 ) ver slidably. A helical compression spring ( 20 ) acts on the pressure piece ( 16 ) and is supported on a cover ( 22 ) closing the bore ( 18 ). About the pressure piece, the rack ( 14 ) against a drive pinion ( 24 ) is pre-tensioned, which is formed on a shaft ( 26 ). The shaft ( 26 ) is rotatably supported in the housing ( 12 ) by means of a roller bearing ( 28 ) and a further bearing, which cannot be seen in the drawing, and is axially non-displaceable.

An die Welle (12) ist in nicht dargestellter Weise über eine Lenksäule das Lenkhandrad des Kraftfahrzeuges angeschlossen. Das Antriebsritzel (24) wirkt mit der Verzahnung (30) der Zahnstange (14) zusammen, so daß bei einem Verdrehen der Welle (26) die Zahnstange senkrecht zur Zeichenebene entsprechend verschoben wird und dabei Lenkbewegungen des Kraftfahrzeuges einleitet. The steering handwheel of the motor vehicle is connected to the shaft ( 12 ) in a manner not shown via a steering column. The drive pinion ( 24 ) interacts with the toothing ( 30 ) of the toothed rack ( 14 ), so that when the shaft ( 26 ) is turned, the toothed rack is displaced perpendicular to the plane of the drawing and initiates steering movements of the motor vehicle.

Beiderseits des Antriebsritzels (24) ist ein Wälzlager (32, 34) angeordnet. Das Wälz- bzw. Kugellager (34) weist einen Innen ring (36) auf, der auf einem Lagerzapfen (38) der Welle (26) aufgepreßt ist. Die innere Laufbahn (40) des in Montagerichtung hinteren Wälz- bzw. Kugellagers (32) ist unmittelbar in die Welle (26) eingearbeitet. Die Außenringe (42, 44) der Kugellager (32, 34) bilden Führungsringe, die mit entlang der Verzahnung (30) eingearbeiteten parallel zur Zahnstangenachse verlaufenden Führungsflächen (46, 48) zu sammenwirken. Die Führungsflächen (46, 48) sind maßlich derart ausgeführt, daß bei deren Anliegen an den Führungsringen (42, 44) gerade ein spielfreier Zahneingriff zwischen der Ver zahnung (30) der Zahnstange und dem Antriebsritzel (24) sichergestellt ist. Dadurch kann sich die von dem Druckstück (16) auf die Zahn stange (14) ausgeübte Vorspannung nicht auf die Verzahnung auswirken, sondern wird über die Wälzlager (32, 34) und die Welle (26) abgestützt.A roller bearing ( 32, 34 ) is arranged on both sides of the drive pinion ( 24 ). The roller or ball bearing ( 34 ) has an inner ring ( 36 ) which is pressed onto a bearing journal ( 38 ) of the shaft ( 26 ). The inner raceway ( 40 ) of the rear roller or ball bearing ( 32 ) in the mounting direction is worked directly into the shaft ( 26 ). The outer rings ( 42, 44 ) of the ball bearings ( 32, 34 ) form guide rings which cooperate with guide surfaces ( 46, 48 ) which run along the toothing ( 30 ) and run parallel to the rack axis. The guide surfaces ( 46, 48 ) are dimensionally designed such that when they are in contact with the guide rings ( 42, 44 ) a play-free tooth engagement between the toothing ( 30 ) of the rack and the drive pinion ( 24 ) is ensured. As a result, the pretension exerted by the pressure piece ( 16 ) on the toothed rack ( 14 ) does not affect the toothing, but is supported via the roller bearings ( 32, 34 ) and the shaft ( 26 ).

Die Fig. 2 zeigt ein Zahnstangen-Lenkgetriebe mit im wesent lichen gleicher Bauart. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugs zeichen versehen. In Abweichung zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind auf der Welle (26′) des Antriebsritzels (24′) zwei Führungsringe (50, 52) befestigt. Der Führungsring (52) ist auf den Lagerzapfen (38) aufgepreßt, während der Führungsring (50) unmittelbar an die Welle (26) angeformt bzw. an dieser ausgebildet ist. In Abweichung zur Fig. 1 ist das Antriebsritzel (24′) nicht einstückig mit der Welle (26′) ausgebildet, sondern als separat hergestelltes Zahnrad formschlüssig auf diese auf gepreßt. Fig. 2 shows a rack and pinion steering gear with wesent union of the same type. The same parts are provided with the same reference characters. In deviation to the embodiment of FIG. 1 are mounted on the shaft (26 ') of the drive pinion (24') comprises two guide rings (50, 52). The guide ring ( 52 ) is pressed onto the bearing journal ( 38 ), while the guide ring ( 50 ) is molded directly onto the shaft ( 26 ) or is formed thereon. In deviation from Fig. 1, the drive pinion ( 24 ' ) is not integrally formed with the shaft ( 26' ), but as a separately manufactured gear pressed onto it.

An der Zahnstange (14′) sind beiderseits deren Verzahnung (30) Führungsleisten (54, 56) angesetzt, deren mit den Führungsrin gen (50, 52) zusammenwirkende Führungsflächen in einer einheit lichen Ebene (58) mit der wirksamen Abwälzebene bzw. Teilkreis ebene zwischen Verzahnung (30) und Antriebsritzel (24′) liegt. On the rack ( 14 ' ) the teeth ( 30 ) guide strips ( 54, 56 ) are attached on both sides, with the guide ring gene ( 50, 52 ) interacting guide surfaces in a unitary plane ( 58 ) with the effective rolling plane or pitch circle plane between the teeth ( 30 ) and drive pinion ( 24 ' ).

Die Führungsleisten (54, 56) sind in entsprechende Ausfräsungen der Zahnstange (14′) eingesetzt und mit der Zahnstange (14′) elektronenstrahlverschweißt. Die Führungsflächen der Füh rungsleisten (54, 56) werden wiederum über das Druckstück (16) gegen das Antriebsritzel bzw. gegen die Führungsringe (50, 52) gepreßt, wobei die maßliche Abstimmung einen spielfreien Zahn eingriff zwischen Antriebsritzel (24′) und Verzahnung (30) der Zahnstange (14′) sicherstellt. Da die Führungsflächen dabei auf dem Teilkreisdurchmesser des Zahnritzels (24′) liegen, tritt bei Lenkbewegungen nur eine Wälzreibung ohne Gleitrei bungsanteil auf.The guide strips (54, 56) 'are used and with the rack (14 (14)' in corresponding recesses of the toothed rack electron beam welded). The guide surfaces of the guide strips ( 54, 56 ) are in turn pressed against the drive pinion or against the guide rings ( 50, 52 ) via the pressure piece ( 16 ), the dimensional coordination ensuring a tooth-free engagement between the drive pinion ( 24 ' ) and the toothing ( 30 ) of the rack ( 14 ' ) ensures. Since the guide surfaces lie on the pitch circle diameter of the pinion ( 24 ' ), only rolling friction without sliding friction occurs on steering movements.

Obwohl die Zahnstange (14) bzw. (14′) mit einem kreisringförmigen Rücken dargestellt ist, kann dieser auch satteldachförmig mit einem entsprechend ausgebildeten Druckstück ausgeführt sein. Ferner kann auch zwischen dem Druckstück und der Zahn stange im wesentlichen eine Wälzreibung vorgesehen sein, in dem in bekannter Weise in dem Druckstück ein oder mehrere Wälz lager angeordnet sind. In diesem Falle würde die Zahnstange im Bereich deren Verzahnung nahezu ausschließlich nur Wälz reibungen unterliegen. Gegebenenfalls können auch die Füh rungsflächen und die Führungsringe kegelförmig verlaufen bzw. ausgebildet sein. Dann könnte durch axiales Verstellen eines Führungsringes das Zahnflankenspiel zwischen Antriebsritzel (24) und Verzahnung (30) der Zahnstange (14) eingestellt wer den.Although the rack ( 14 ) or ( 14 ' ) is shown with an annular back, this can also be designed as a gable roof with a correspondingly designed pressure piece. Furthermore, a rolling friction can also be provided between the pressure piece and the toothed rack, in which one or more rolling bearings are arranged in a known manner in the pressure piece. In this case, the rack would be almost exclusively subject to rolling friction in the area of its teeth. If necessary, the guide surfaces and the guide rings can also be conical. Then the axial backlash between the drive pinion ( 24 ) and the toothing ( 30 ) of the toothed rack ( 14 ) could be adjusted by axially adjusting a guide ring.

Claims

1. Zahnstangengetriebe, insbesondere Zahnstangenlenkgetriebe für Kraftfahrzeuge, mit einer in einem Gehäuse axial verschiebbar ge führten Zahnstange, die mit einem drehbar gelagerten Antriebs ritzel in Eingriff steht, wobei die Zahnstange durch ein an ihrem der Verzahnung abgewandten Rücken angreifendes Druckstück gegen das Antriebsritzel gepreßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der Zahnstange (14; 14′) entlang ihrer Verzahnung (30) Führungsflächen (46, 48; 54, 56) vorgesehen sind, die mit beiderseits des Antriebs ritzels (24; 24′) auf dessen Welle (26) angeordneten Führungsringen (42, 44; 50, 52) zusammenwirken.1. rack and pinion gear, in particular rack and pinion steering gear for motor vehicles, with an axially displaceable gear rack guided in a housing, which meshes with a rotatably mounted drive pinion, the rack being pressed against the drive pinion by a pressure piece acting on its back facing away from the toothing, characterized in that guide surfaces ( 46, 48; 54, 56 ) are provided on the toothed rack ( 14; 14 ′ ) along their toothing ( 30 ) , said pinion ( 24; 24 ′ ) on both sides of the drive on its shaft ( 26 ) arranged guide rings ( 42, 44; 50, 52 ) interact.

2. Zahnstangengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsringe die Außenringe (42, 44) von auf der Welle (26) des Antriebsritzels (24) angeordneten Wälzlagern (32, 34) sind.2. Rack and pinion gear according to claim 1, characterized in that the guide rings are the outer rings ( 42, 44 ) of on the shaft ( 26 ) of the drive pinion ( 24 ) arranged roller bearings ( 32, 34 ).

3. Zahnstangengetriebe nach Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß zumindest die Wälzelemente des in Montagerichtung hinteren Wälzlagers (32) unmittelbar auf der Welle (26) des An triebsritzels (24) abrollen.3. Rack and pinion gear according to claims 1 and 2, characterized in that at least the rolling elements of the rear rolling bearing in the mounting direction ( 32 ) roll directly on the shaft ( 26 ) of the drive pinion ( 24 ).

4. Zahnstangengetriebe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Führungsflächen an Führungsleisten (54, 56) ausgebildet sind, die beiderseits der Verzahnung (30) an der Zahnstange (14′) festgelegt sind.4. Rack and pinion gear according to one of claims 1-3, characterized in that the guide surfaces are formed on guide strips ( 54, 56 ) which are fixed on both sides of the toothing ( 30 ) on the rack ( 14 ' ).

5. Zahnstangengetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflächen in einer Ebene (58) mit der wirksamen Ein griffsebene (Teilkreisebene) der Zahnstangenverzahnung (30) liegen und daß die Führungsringe (50, 52) fest auf der Welle (26′) des An triebsritzels (24′) sitzen oder einstückig mit dieser ausgebildet sind. 5. Rack and pinion gear according to claim 4, characterized in that the guide surfaces lie in one plane ( 58 ) with the effective one grip plane (partial circular plane) of the rack teeth ( 30 ) and that the guide rings ( 50, 52 ) firmly on the shaft ( 26 ' ) At the drive pinion ( 24 ' ) sit or are integrally formed with this.

6. Zahnstangengetriebe nach einem der vorhergehenen Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Führungsflächen und die Führungs ringe zusammen jeweils eine satteldachartige Führung bilden und einer der Führungsringe axial einstellbar ist.6. Rack and pinion gear according to one of the preceding claims, there characterized in that the guide surfaces and the guide rings together form a gable roof-like guide and one of the guide rings is axially adjustable.