WO2005073053A1 - Zahnstangenlenkgetriebe - Google Patents

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WO2005073053A1
WO2005073053A1 PCT/EP2005/000374 EP2005000374W WO2005073053A1 WO 2005073053 A1 WO2005073053 A1 WO 2005073053A1 EP 2005000374 W EP2005000374 W EP 2005000374W WO 2005073053 A1 WO2005073053 A1 WO 2005073053A1
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steering gear
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pressure piece
pinion
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PCT/EP2005/000374
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Roland Röll
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Daimlerchrysler Ag
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D3/00—Steering gears
    • B62D3/02—Steering gears mechanical
    • B62D3/12—Steering gears mechanical of rack-and-pinion type
    • B62D3/123—Steering gears mechanical of rack-and-pinion type characterised by pressure yokes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/26—Racks
    • F16H55/28—Special devices for taking up backlash
    • F16H55/283—Special devices for taking up backlash using pressure yokes

Definitions

  • the invention relates to a rack and pinion steering gear according to the preamble of claim 1.
  • a rack and pinion steering gear is known from patent specification EP 1 084 933 B1, in which rattle-free guidance of a pressure piece in a bore of a steering gear housing is ensured via an O-ring arranged in an eccentric groove.
  • a further embodiment provides that the bore receiving the pressure piece in the steering gear housing is inclined at an angle to a vertical to a longitudinal axis of the rack that is greater than the static friction angle resulting from the material pairing of the pressure piece with the rack. This ensures that the pressure piece always lies on one side of the bore.
  • the object of the invention is to show a further solution of a rattle-free arrangement of the pressure piece in a bore of the steering gear housing arranged at right angles to the longitudinal axis of the toothed rack.
  • the rack and pinion steering gear according to the invention is characterized by a tolerance-compensating arranged between a pressure piece and a steering gear housing Component, which is made of a metallic material and which ensures a play-free seat of the pressure piece.
  • the thickness of the tolerance-compensating component is dimensioned such that it fills the gap between the pressure piece and the steering gear housing.
  • the tolerance-compensating component can be produced from a metallic material such as steel, aluminum or non-ferrous metal. A radial movement of the pressure piece can advantageously be avoided with this embodiment.
  • the tolerance-compensating component is designed as a tolerance band.
  • a tolerance band is to be understood as a metal strip which has a maximum length equal to the circumference of the pressure piece diameter and the thickness required for a play-free fit. This dimensioning of the length of the metal strip avoids covering the ends of the metal strip during assembly and prevents damage to the components.
  • the tolerance band is pre-bent in a ring with a tight-fitting joint, so that it can be assembled quickly and inexpensively.
  • the pressure piece has a circumferential groove for arranging the tolerance band.
  • the tolerance band which is preferably pre-bent in a ring, can be inserted or snapped into the circumferential groove on the pressure piece.
  • the tolerance band is thus captively connected to the pressure piece, making assembly easier.
  • the tolerance band is supported axially over the end faces of the groove, so that it does not slide off the pressure piece during assembly or disassembly.
  • the tolerance-compensating component and / or the bore has an insertion bevel.
  • Lead-in chamfers on the bore and / or on the tolerance-compensating component are required for simple assembly. In particular if the tolerance-compensating component is too large compared to the pressure piece receiving hole in the steering gear housing, the lead-in chamfers effectively prevent damage to the components.
  • the tolerance-compensating component made of a metallic material is assigned an elastic component.
  • An elastic component preferably made of elastomer material, is assigned to the tolerance-compensating component, for example by vulcanization or gluing.
  • the thickness of the tolerance-compensating component is selected so that there is always a small residual play between it, the pressure piece and the bore in the steering gear housing. A radial movement of these components within the remaining play is avoided by arranging the elastic material.
  • the elastic component can be arranged between the groove base and the tolerance-compensating component or between the metallic component and the steering gear housing.
  • a transition fit is provided between the tolerance-compensating component and the housing and the pressure piece.
  • a thickness tolerance must be provided for the tolerance-compensating component, which allows either a slight play or a fit with a small excess between the pressure piece, the tolerance-compensating component and the steering gear housing.
  • a radial movement of the pressure piece is advantageously restricted, at the same time allowing the tolerance-compensating component to be manufactured economically.
  • Tolerance-compensating components can be manufactured inexpensively, for example, from rolled sheets that can be classified into different thickness classes.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a steering device according to the invention.
  • a steering shaft transmits the steering torque exerted by a driver on a steering wheel to an input shaft, not shown, of a steering gear 2.
  • the steering gear 2 has a housing 3, to which the pinion 1 and a rack 4 are assigned.
  • the pinion 1 is on the one hand in operative connection with the input shaft and on the other hand in engagement with the rack 4. This arrangement converts the rotary movement of the input shaft or the pinion 1 into a sliding movement of the rack 4.
  • the rack 4 is connected to the front wheels of a vehicle via a left and right tie rod, not shown. Depending on the direction of movement of the rack 4, the front wheels steer to the left or right.
  • the housing 3 has a bore 5 in which a pressure piece 6 is arranged.
  • the pressure piece 6 lies with a semi-cylindrical trough (not shown) on the rack 4 and is acted upon by an spring 7 with an axial force.
  • the spring 7 is clamped between the pressure piece 6 and a screw 8.
  • the pretensioning force of the spring required for a play-free engagement of the toothed rack 4 with the pinion 1 can be adjusted via the screw-in depth of the screw 8.
  • the seat is ensured by an additionally arranged tolerance-compensating component 10 in the form of a tolerance band.
  • the pressure piece 6 has a circumferential groove 11 in which the tolerance band 10 is arranged.
  • the diameter of the circumferential groove 11 as well as the diameter of the housing bore have a manufacturing tolerance which allows cost-effective machining. After machining, the groove and bore diameter are preferably measured using an automated method, the thickness of the tolerance band 10 required for a play-free fit of the pressure piece 6 being able to be determined from this data. Different thickness classes of the tolerance bands 10 are to be provided, so that a tolerance band 10 from a corresponding class can be represented to represent a seat with the desired fit.
  • the thickness of the tolerance band 10 is preferably selected such that the pressure piece 6 and the tolerance band 10 are arranged in the bore 5 of the housing 3 with a transition fit, ie with a small radial clearance or a slight radial overlap. In the event of a slight overlap, care must be taken that the force of the spring 7 is greater than the press-in force, so that the spring presses the pressure piece 6 against the rack 4 and a play-free engagement with the pinion 1 is ensured.
  • the tolerance band 10 is preferably pre-bent in a ring shape with a close-fitting joint, so that it can be inserted into the circumferential groove 11 in a simple manner.
  • the length of the tolerance band 10 is dimensioned such that it does not exceed the circumference of the groove base diameter.
  • the pressure piece 6 in the rack and pinion steering gear according to the invention is guided almost without play in the bore 5. Tilting of the pressure piece due to the frictional force between rack 4 and pressure piece 6 is avoided with changing rack deflection. This effectively prevents disturbing noise. Furthermore, the play-free arrangement of the pressure piece 5 ensures a build-up of frictional force even with small steering movements, as a result of which the driver is given good roadway contact.

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Abstract

Es wird ein Zahnstangenlenkgetriebe für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, mit einem mit einer Lenkwelle verbundenen Antriebsritzel (1), welches in eine in einem Lenkgetriebe (2) angeordnete Zahnstange (4) eingreift und einem in einem Lenkgetriebegehäuse (3) angeordneten, federbelasteten Druckstück (6), welches die Zahnstange (4) in spielfreiem Eingriff mit dem Antriebsritzel (1) hält. Erfindungsgemäß ist bei dem Zahnstangenlenkgetriebe zwischen dem Druckstück (6) und dem Lenkgetriebegehäuse (3) ein metallisches, toleranzausgleichendes Bauteil (10) angeordnet ist, das einen spielfreien Sitz des Druckstückes (6) sichert. Anwendung in Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen.

Description

Zahnstangenlenkgetriebe
Die Erfindung betrifft ein Zahnstangenlenkgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der Patentschrift EP 1 084 933 Bl ist ein Zahnstangenlenkgetriebe bekannt, bei dem eine klapperfreie Führung eines Druckstückes in einer Bohrung eines Lenkgetriebegehäuses über einen in einer exzentrischen Nut angeordneten O-Ring sichergestellt ist. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die das Druckstück aufnehmende Bohrung im Lenkgetriebegehause um einen Winkel zu einer senkrechten auf eine Längsachse der Zahnstange geneigt ist, der größer ist als der sich aus der Materialpaarung des Druckstückes mit der Zahnstange ergebende Haftreibungswinkel . Damit ist sicher gestellt, dass das Druckstück stets an einer Seite der Bohrung anliegt.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine weitere Lösung einer klapperfreien Anordnung des Druckstückes in einer rechtwinklig zur Längsachse der Zahnstange angeordneten Bohrung des Lenkgetriebegehäuses aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird durch ein Zahnstangenlenkgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .
Das erfindungsgemäße Zahnstangenlenkgetriebe zeichnet sich durch ein zwischen einem Druckstück und einem Lenkgetriebegehause angeordneten toleranzausgleichenden Bauteil, das aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist und das einen spielfreien Sitz des Druckstückes sichert, aus. Die Dicke des toleranzausgleichenden Bauteils ist so bemessen, dass dieses den Spalt zwischen dem Druckstück und dem Lenkgetriebegehause ausfüllt . Das toleranzausgleichende Bauteil ist aus einem metallischen Werkstoff wie beispielsweise Stahl, Aluminium oder Buntmetall herstellbar. In vorteilhafter Weise ist mit dieser Ausführung eine radiale Bewegung des Druckstückes vermeidbar.
In Ausgestaltung der Erfindung ist das toleranzausgleichende Bauteil als Toleranzband ausgeführt. Unter einem Toleranzband ist ein Metallstreifen zu verstehen, der eine maximale Länge in Höhe des Umfangs des Druckstückdurchmessers und die für einen spielfreien Sitz erforderliche Dicke aufweist. Diese Bemessung der Länge des Metallstreifens vermeidet ein Überdeckung der Enden des Metallstreifens bei der Montage und verhindert eine Beschädigung der Bauteile. Zur Montage ist das Toleranzband ringförmig mit einem eng schließenden Stoß vorgebogen, so dass dieses schnell und kostengünstig montierbar ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Druckstück eine umlaufende Nut zur Anordnung des Toleranzbandes auf . Das vorzugsweise ringförmig vorgebogene Toleranzband ist in die umlaufende Nut am Druckstück einlegbar bzw. einschnappbar. Damit ist das Toleranzband verliersicher mit dem Druckstück verbunden, womit die Montage erleichtert ist. Des weiteren ist das Toleranzband über die Stirnflächen der Nut axial abgestützt, so dass sich diese bei der Montage oder Demontage nicht von dem Druckstück herunterschiebt .
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das toleranzausgleichende Bauteil und/oder die Bohrung eine Einführschräge auf . Einführschrägen an der Bohrung und/oder an dem toleranzausgleichenden Bauteil sind für eine einfache Montage erforderlich. Insbesondere bei einem Übermaß des toleranzausgleichenden Bauteils gegenüber der das Druckstück aufnehmenden Bohrung im Lenkgetriebegehause verhindern die Einführschrägen wirkungsvoll eine Beschädigung der Bauteile.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dem toleranzausgleichenden Bauteil aus einem metallischen Werkstoff ein elastisches Bauteil zugeordnet. Ein elastisches Bauteil aus vorzugsweise Elastomerwerkstoff ist dem toleranzausgleichenden Bauteil beispielsweise durch Vulkanisation oder Kleben zugeordnet. Die Dicke des toleranzausgleichenden Bauteils ist so gewählt, dass sich zwischen diesem, dem Druckstück und der Bohrung im Lenkgetriebegehause immer ein kleines Restspiel einstellt. Eine radiale Bewegung dieser Bauteile innerhalb des Restspieles ist durch Anordnung des elastischen Werkstoff vermieden. Das elastische Bauteil ist zwischen Nutgrund und dem toleranzausgleichenden Bauteil oder zwischen dem metallischen Bauteil und dem Lenkgetriebegehause anordenbar .
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem toleranzausgleichenden Bauteil und dem Gehäuse sowie dem Druckstück eine Übergangspassung vorgesehen. Dazu ist für das toleranzausgleichende Bauteil eine Dickentoleranz vorzusehen, die entweder ein geringes Spiel oder eine Passung mit geringem Übermaß zwischen Druckstück, dem toleranzausgleichenden Bauteil und dem Lenkgetriebegehause ermöglicht. In vorteilhafter Weise ist eine radiale Bewegung des Druckstückes vorteilhaft eingeschränkt wobei gleichzeitig wirtschaftliche Herstellmöglichkeiten des toleranzausgleichenden Bauteils ermöglicht sind. Toleranzausgleichende Bauteile können beispielsweise aus gewalzten Blechen, die in verschiedene Dickenklassen klassifizierbar sind, kostengünstig hergestellt werden.
Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie der Zeichnung. Ein konkretes Ausführungsbeispiel ist in der Erfindung in der nachfolgenden Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lenkungsvorrichtung .
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Lenkungsvorrichtung eines nicht näher beschriebenen Kraftfahrzeuges gezeigt . Eine nicht dargestellte Lenkwelle überträgt das von einem Fahrer auf ein Lenkrad ausgeübtes Lenkmoment auf eine nicht gezeigte Eingangswelle eines Lenkgetriebes 2.
Das Lenkgetriebe 2 weist ein Gehäuse 3 auf, dem das Ritzel 1 und eine Zahnstange 4 zugeordnet ist. Das Ritzel 1 steht einerseits in Wirkverbindung mit der Eingangswelle und andererseits im Eingriff mit der Zahnstange 4. Diese Anordnung setzt die Drehbewegung der Eingangswelle bzw. des Ritzels 1 in eine Schiebebewegung der Zahnstange 4 um. Die Zahnstange 4 steht über eine nicht dargestellte linke und rechte Spurstange mit Vorderrädern eines Fahrzeuges in Verbindung. Je nach Bewegungsrichtung der Zahnstange 4 lenken die Vorderräder nach links oder rechts.
Das Gehäuse 3 weist eine Bohrung 5 auf, in der ein Druckstück 6 angeordnet ist. Das Druckstück 6 liegt mit einer nicht gezeigten halbzylindrischen Mulde an der Zahnstange 4 an und ist von einer Feder 7 mit einer Axialkraft beaufschlagt. Die Feder 7 ist zwischen dem Druckstück 6 und einer Schraube 8 eingespannt .
Die für einen spielfreien Eingriff der Zahnstange 4 mit dem Ritzel 1 erforderliche Vorspannkraft der Feder ist über die Einschraubtiefe der Schraube 8 einstellbar.
Aufgrund der Anpressung des Druckstückes 6 an die Zahnstange 4 wirkt auf das Druckstück 6 bei einer Schiebebewegung der Zahnstange 4 eine Reibkraft. Diese Reibkraft drückt das Druckstück 6 gegen eine Wandung der Gehäusebohrung 5. Eine von Fahrbahnungleichmäßigkeiten angeregte Schwingung der Räder setzt sich auf die Zahnstange 4 fort. Aufgrund dieser Schwingung ist das Druckstück 6 mit abwechselnd auftretenden, entgegengerichteten Reibkräften 9 beaufschlagt.
Über einen festen Sitz des Druckstückes 6 in der Bohrung 5 ist eine durch die Schwingung ausgelöst Bewegung des Druckstückes 6 vermieden. Erfindungsgemäß ist der Sitz durch ein zusätzlich angeordnetes toleranzausgleichendes Bauteil 10 in Form eines Toleranzbandes gewährleistet.
Das Druckstück 6 weist eine umlaufende Nut 11 auf, in der das Toleranzband 10 angeordnet ist. Der Durchmesser der umlaufenden Nut 11 als auch der Durchmesser der Gehäusebohrung weisen eine Fertigungstoleranz auf, die eine kostengünstige Bearbeitung erlaubt. Nach der Bearbeitung sind der Nut- und Bohrungsdurchmesser bevorzugt über ein automatisiertes Verfahren auszumessen, wobei aus diesen Daten die für einen spielfreien Sitz des Druckstückes 6 erforderliche Dicke des Toleranzbandes 10 ermittelbar ist. Verschiedene Dickenklassen der Toleranzbänder 10 sind bereitzustellen, so dass ein Toleranzband 10 aus einer entsprechenden Klasse zur Darstellung eines Sitzes mit gewünschter Passung darstellbar ist. In bevorzugter Weise ist die Dicke des Toleranzbands 10 so auszuwählen, dass das Druckstück 6 und das Toleranzband 10 mit einer Übergangspassung, d.h. mit einem kleinen Radialspiel oder einer geringfügigen radialen Überdeckung, in der Bohrung 5 des Gehäuses 3 angeordnet ist. Im Falle einer geringfügigen Überdeckung ist darauf zu achten, dass die Kraft der Feder 7 größer als die Einpresskraft ist, so dass die Feder das Druckstück 6 gegen die Zahnstange 4 drückt und ein spielfreier Eingriff mit dem Ritzel 1 gewährleistet ist. Vorzugsweise ist das Toleranzband 10 ringförmig mit einem eng schließenden Stoß vorgebogen, womit es in einfacher Weise in die umlaufende Nut 11 einsetzbar ist. Die Länge des Toleranzbandes 10 ist so bemessen, dass dieses den Umfang des Nutgrunddurchmessers nicht überschreitet. Eine Überdeckung der Enden des Toleranzbandes 10 im eingepressten Zustand ist damit ausgeschlossen. Eine Abstützung der Reibkräfte im Bereich des Stoßes des Toleranzbandes ist zur Vermeidung hoher Druckspannungen zu umgehen, indem der Stoß in einer senkrecht zur Bewegungsrichtung der Zahnstange 4 verlaufenden Ebene der Bohrung 5 angeordnet ist. Um ein Verklemmen, Verkanten oder eine Beschädigung des Druckstückes 6 bei der Montage zu verhindern ist an dem Toleranzband 10 und/oder der Bohrung 5 eine Einführschräge 12,13 vorzusehen.
In vorteilhafter Weise ist das Druckstück 6 bei dem erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkgetriebe nahezu spielfrei in der Bohrung 5 geführt . Ein Kippen des Druckstückes aufgrund der Reibkraft zwischen Zahnstange 4 und Druckstück 6 ist bei wechselnden Zahnstangenauslenkung vermieden. Damit ist eine störende Geräuschentwicklung wirkungsvoll unterbunden. Ferner ist durch die spielfreie Anordnung des Druckstückes 5 schon bei kleinen Lenkbewegungen ein Reibkraftaufbau gewährleistet, wodurch dem Fahrer ein guter Fahrbahnkontakt vermittelt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Zahnstangenlenkgetriebe für ein Kraftfahrzeug, mit - einem mit einer Lenkwelle verbundenen Antriebsritzel (1) , welches in - eine in einem Lenkgetriebe (2) angeordnete Zahnstange (4) eingreift und - einem in einem Lenkgetriebegehause (3) angeordneten, federbelasteten Druckstück (6), welches die Zahnstange (4) in spielfreiem Eingriff mit dem Antriebsritzel (1) hält dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Druckstück (6) und dem Lenkgetriebegehause (3) ein metallisches, toleranzausgleichendes Bauteil (10) angeordnet ist, das einen spielfreien Sitz des Druckstückes (6) sichert.
2. Zahnstangenlenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das toleranzausgleichende Bauteil (10) als Toleranzband ausgeführt ist.
3. Zahnstangenlenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (6) eine umlaufende Nut (11) zur Anordnung des toleranzausgleichenden Bauteils (10) aufweist.
4. Zahnstangenlenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das toleranzausgleichende Bauteil (10) und/oder die Bohrung (5) eine Einführschräge (12,13) aufweist.
5. Zahnstangenlenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem toleranzausgleichenden Bauteil (10) aus einem metallischen Werkstoff ein elastisches Bauteil zugeordnet ist .
6. Zahnstangenlenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem toleranzausgleichenden Bauteil (10) und dem Gehäuse (3) sowie dem Druckstück (6) eine Übergangspassung vorgesehen ist.
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