DE4446482C1 - Zahnstangenlenkung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkung mit einer schräg verzahnten Zahnstange und einem damit zusammen­ wirkenden, axial begrenzt verschiebbaren Ritzel, dessen Axialverschiebung eine Kupplungsanordnung steuert, mit der ein ständig in einer Drehrichtung rotierender - insbesondere elektrischer - Servomotor antriebsmäßig vom Ritzel und von der Zahnstange abtrennbar bzw. über unterschiedliche, durch die Richtung der Axialverschiebung des Ritzels vorgegebene Antriebsübertragungswege mit dem Ritzel bzw. mit der Zahnstange antriebsmäßig in entgegen­ gesetzten Wirkrichtungen koppelbar ist.

Eine entsprechende Zahnstangenlenkung ist Gegenstand der US 44 09 503. Aufgrund der Schrägverzahnung wird das Ritzel je nach Richtung der zwischen Ritzel und Zahn­ stange übertragenen Kräfte in die eine oder andere Axial­ richtung gedrängt. Auf der Welle dieses Ritzels sind zwei lose Zahnräder angeordnet, die von dem Elektromotor ständig gegenläufig angetrieben werden. Zwischen der Ritzelwelle und diesen Zahnrädern sind kraftschlüssige Kupplungen vorhanden, welche durch die Axialverschiebung des Ritzels sowie der damit einhergehenden Axialverschiebung der Ritzelwelle gesteuert werden, derart, daß bei Verschiebung des Ritzels in der einen Axialrichtung das eine Zahnrad und bei Verschiebung des Ritzels in der anderen Axial­ richtung das andere Zahnrad mit der Ritzelwelle und damit auch mit dem Ritzel kraftschlüssig gekuppelt wird. Dem­ entsprechend kann der Motor je nach Richtung des am Ritzel wirksamen Drehmomentes auf das Ritzel eine Servokraft in der einen oder anderen Richtung übertragen, ohne daß dazu die Drehrichtung des Motors umgesteuert werden müßte.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine neue, vorteilhafte Konstruktion zu schaffen, wobei insbesondere eine gute Führung der Zahnstange ermöglicht werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zahnstange zweiseitig verzahnt ist und mit ihrer zweiten Verzahnung mit einem zweiten Ritzel kämmt, und daß die von der Axialverschiebung des ersten Ritzels gesteuerte Kupplungsanordnung den Motor bei Verschiebung des ersten Ritzels in der einen Richtung mit dem ersten Ritzel und bei Verschiebung des ersten Ritzels in der anderen Richtung mit dem zweiten Ritzel kuppelt.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, für die einander entgegengesetzten Wirkrichtungen des Servo­ motors voneinander gesonderte Verzahnungen an der Zahnstange und dementsprechend zwei Ritzel vorzusehen. Hierbei können die beiden Ritzel neben ihrer Funktion einer Antriebsüber­ tragung auch die Funktion einer gemeinsamen Führung der Zahnstange übernehmen, welche aufgrund ihrer notwendiger­ weise vorhandenen Abstützung an zwei Ritzeln eine besonders stabile Lagerung erhält. Insbesondere können auf die Zahn­ stange vergleichsweise große Drehmomente bezüglich der Zahnstangenachse einwirken, ohne daß die Zahnstange mit ihren Verzahnungen aus den Verzahnungen der Ritzel aus­ treten könnte.

Dies kann insbesondere dann bedeutsam sein, wenn zur Lenk­ verbindung zwischen der Zahnstange und den Fahrzeuglenk­ rädern vorgesehene Spurstangen od. dgl. mit radialem Abstand von der Zahnstangenachse an derselben angelenkt sind.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Be­ schreibung einer besonders bevorzugten Ausführungsform verwiesen, die anhand der Zeichnung erläutert wird.

Dabei zeigt

Fig. 1 ein Schnittbild der erfindungsgemäßen Zahnstangen­ lenkung, wobei die Schnittebene die Achsen der beiden Ritzel enthält,

Fig. 2 ein Schnittbild entsprechend der Schnittlinie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 ein Schnittbild entsprechend der Schnittlinie III-III in Fig. 1.

Eine auf zwei gegenüberliegenden Seiten schräg verzahnte Zahnstange 1 kämmt mit ihrer in Fig. 1 oberen Verzahnung mit einem ersten Ritzel 2, während in die in Fig. 1 untere Verzahnung ein zweites Ritzel 3 eingreift. Zumindest das erste Ritzel 2, welches über eine nicht dargestellte Lenk­ welle mit einem nicht dargestellten Lenkhandrad eines Kraft­ fahrzeuges antriebsverbunden ist, ist begrenzt längsver­ schiebbar angeordnet, so daß das Ritzel 2 je nach der Richtung der zwischen diesem Ritzel 2 und der Zahnstange 1 übertragenen Kräfte und damit auch je nach Richtung des am Ritzel 2 wirksamen Drehmomentes, in Fig. 1 nach links oder rechts gedrängt wird.

Auf der Welle des Ritzels 2 ist benachbart zu einer mit dieser Welle drehfest verbundenen Kreisscheibe 4 ein erstes Zahnrad 5 drehbar angeordnet. Ein zweites Zahnrad 6 ist auf der Welle des zweiten Ritzels 3 axial neben einer am Wellenende angeordneten Kreisscheibe 7 angeordnet, wobei dieses Zahnrad 6 zur Welle des Ritzels 3 drehbar ist.

Beide Zahnräder 5 und 6 kämmen mit einem walzenförmigen Zahnrad 8, welches ständig von einem Elektromotor 9 in einer gleichbleibenden Richtung angetrieben wird, wobei durch einen Freilauf 10 zwischen Elektromotor 9 und Zahn­ rad 8 die Möglichkeit geboten wird, das Zahnrad 8 bei gegebenenfalls stillstehendem Motor 9 weiterzudrehen bzw. mit größerer Drehzahl zu drehen, als es bei Antrieb durch den Elektromotor 9 der Fall wäre.

Auf der von der Kreisscheibe 4 abgewandten Stirnseite des Zahnrades 5 ist eine erste Lamellenkupplung 11 ange­ ordnet, welche in geschlossenem Zustand eine Antriebs­ verbindung zwischen der Welle des Ritzels 2 und dem Zahnrad 5 herstellt. Diese Lamellenkupplung 11 wird mit mehr oder weniger großem Kraftschluß geschlossen, sobald das Ritzel 2 und damit auch die Kreisscheibe 4 in Fig. 1 nach links verschoben werden, wobei die Lamellenpakete der Kupplung 11 axial zwischen dem Zahnrad 5 und einem auf der Welle des Ritzels 2 angeordneten Widerlagerteil 12 zusammengedrückt werden, welches mittels eines Axiallagers 13 drehbar an einem stationären bzw. gehäusefesten Teil ab­ gestützt ist.

Auf der von der Kreisscheibe 7 abgewandten Seite des Zahnrades 6 ist eine zweite, zur Lamellenkupplung 11 gleichartige Lamellenkupplung 14 angeordnet, die im geschlossenen Zustand eine Antriebsverbindung zwischen dem Zahnrad 6 und der Welle des Ritzels 3 herstellt.

Diese zweite Lamellenkupplung 14 wird geschlossen, wenn sich das erste Ritzel 2 und damit auch die Kreisscheibe 4 in Fig. 1 nach rechts verschieben, wobei die Kreisscheibe 4 über ein Axiallager 15 einen der Welle des Ritzels 2 zu­ geordneten ersten Übertragungshebel 16 nach rechts drängt, der dann seinerseits einen der Welle des zweiten Ritzels 3 zugeordneten zweiten Übertragungshebel 17 in Fig. 1 nach rechts drückt, welcher wiederum über ein Axiallager 18 ein Widerlagerteil 19 der Lamellenkupplung 14 axial gegen das Zahnrad 6 verschiebt.

Wenn zwischen dem Ritzel 2 und der Zahnstange 1 keine bzw. nur verschwindende Kräfte übertragen werden, wirkt auf das Ritzel 2 keine bzw. nur eine verschwindende Kraft in axialer Richtung, so daß weder die Lamellenkupplung 11 noch die Lamellenkupplung 14 in Schließrichtung beauf­ schlagt werden können.

Wenn dagegen zwischen dem Ritzel 2 und der Zahnstange 1 Kräfte übertragen werden, wird das Ritzel 2 je nach Rich­ tung der übertragenen Kräfte in die eine oder andere Axialrichtung gedrängt, mit der Folge, daß entweder die Kupplung 11 oder die Kupplung 14 mit mehr oder weniger großem Kraftschluß geschlossen wird und eine Antriebsver­ bindung zwischen dem Elektromotor 9 und der Zahnstange 1 in der einen oder anderen Wirkrichtung hergestellt wird.

Da der Kraftschluß der Kupplungen 11 und 14 von der am Ritzel 2 wirksamen Axialkraft und damit vom Maß der zwischen Ritzel 2 und Zahnstange 1 wirksamen Kräfte ab­ hängt, überträgt der Elektromotor 9 jeweils auf die Zahn­ stange 1 eine Kraft, welche sich analog zu den zwischen Zahnstange 1 und Ritzel 2 wirksamen Kräften ändert.

Um insgesamt die zur Betätigung der Kupplungen 11 und 14 notwendigen Stellwege gering zu halten, ist gemäß Fig. 1 bevorzugt vorgesehen, daß das zweite Ritzel 3 axial un­ verschiebbar angeordnet ist. Dementsprechend ist in Fig. 1 das rechts vom Ritzel 2 angeordnete Rillenkugel­ lager axial verschiebbar im Gehäuse angeordnet, während das entsprechende Rillenkugellager des Ritzels 3 axial unverschiebbar gehaltert ist.

Durch die radial stabile Lagerung beider Ritzel 2 und 3 wird eine entsprechend stabile und im übrigen spielfreie bzw. spielarme Führung der Zahnstange 1 gewährleistet, welche dabei insbesondere gegen Drehung um ihre Längs­ achse gesichert wird.

Claims (6)

1. Zahnstangenlenkung mit einer schräg verzahnten Zahn­ stange und einem damit zusammenwirkenden, axial begrenzt verschiebbaren Ritzel, dessen Axialverschiebung eine Kupplungsanordnung steuert, mittels der ein ständig in einer Drehrichtung rotierender - insbesondere elektri­ scher - Servomotor antriebsmäßig vom Ritzel und von der Zahnstange abtrennbar bzw. über unterschiedliche, durch die Richtung der Axialverschiebung des Ritzels vorgegebene Antriebsübertragungswege mit dem Ritzel bzw. mit der Zahn­ stange antriebsmäßig in entgegengesetzten Wirkrichtungen koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (1) zweiseitig verzahnt ist und mit ihrer zweiten Verzahnung mit einem zweiten Ritzel (3) kämmt, und daß die von der Axialverschiebung des ersten Ritzels (2) gesteuerte Kupplungsanordnung (11,14) den Motor (9) bei Verschiebung des ersten Ritzels (2) in der einen Richtung mit dem ersten Ritzel (2) und bei Verschiebung des ersten Ritzels (2) in der anderen Richtung mit dem zweiten Ritzel (3) kuppelt.

2. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Wellen der beiden Ritzel (2, 3) zwei mit dem Motor (9) antriebsgekoppelte Räder (5, 6) drehbar angeordnet sind und vom Motor (9) ständig gemeinsam in gleicher Drehrichtung angetrieben werden, und daß durch Axialverschiebung des ersten Ritzels (2) in der einen Richtung eine dieses erste Ritzel (2) und das auf seiner Welle angeordnete Rad (5) koppelnde erste Kupplung (11) und durch Axialver­ schiebung des ersten Ritzels (2) in der anderen Richtung eine das zweite Ritzel (3) mit dem auf seiner Welle angeordneten anderen Rad (6) koppelnde zweite Kupplung (14) geschlossen wird.

3. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Räder (5, 6) als Zahnräder ausgebildet sind und beide mit einem vom Motor (9) angetriebenen dritten Zahnrad (8) kämmen.

4. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Motor (9) und der Antriebsübertragung zu den beiden Ritzeln (2, 3) ein Freilauf (10) angeordnet ist.

5. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verzahnungen der Zahnstange (1) auf einander gegenüberliegenden Seiten der Zahnstange angeordnet sind.

6. Zahnstangenlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ritzel (3) axial unverschiebbar angeordnet ist.