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Die vorliegende Erfindung betrifft Zahnstangenlenkeinrichtungen zur
Verwendung in Kraftfahrzeugen und dergleichen.
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In herkömmlichen Zahnstangenlenkeinrichtungen wird ein blockartiges
Stützjoch durch eine Feder gegen eine Zahnstange angedrückt, um die
Zahnstange relativ zu einem damit kämmenden Ritzel vorzuspannen.
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Die Gleitberührung zwischen dem Stützjoch und der Zahnstange führt jedoch
zu einem hohen Widerstand, der die Wirksamkeit der Einrichtung nachteilig
beeinflußt. Diese Tendenz wird im Fall von Hand-Lenkeinrichtungen
besonders ausgeprägt.
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Es ist deshalb ein Stützjoch vorgeschlagen worden, das eine Rolle zur
Führung der damit in Berührung stehenden Zahnstange aufweist (siehe
ungeprüfte japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung SHO 59-30 773.
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In diesem Fall stoßen die entgegengesetzten Stirnflächen der aus Metall
hergestellten Rolle an dem Rollen-Aufnahmebereich des Stützjoches an, das
ebenfalls aus Metall hergestellt ist, was zu dem Problem der Erzeugung eines
metallischen Geräusches führt. Das vorgeschlagene Stützjoch hat insofern ein
weiteres Problem als Reibung zwischen den Stirnflächen der Rolle und dem
Rollen-Aufnahmebereich des Joches auftritt, so daß die Funktion nachteilig
beeinflußt wird.
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US-A-4 724 717 beschreibt eine Zahnstangenlenkeinrichtung mit den im
Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Merkmalen, bei der ein
scheibenförmlges metallisches Drucklager zwischen der Stirnfläche der Rolle
und dem Rollen-Aufnahmebereich des Joches eingefügt ist.
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Hauptsächliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine
Zahnstangenlenkeinrichtung zu schaffen, bei der sowohl der Gleitwiderstand der
Zahnstange als auch der Reibungswiderstand der Rolle verringert sind und die
ohne Erzeugung metallischer Geräusche betreibbar ist.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit den im Patentanspruch
angegebenen
Merkmalen gelöst.
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In der erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkelnrichtung ist eine Platte aus
Kunststoff zwischen jeder Stirnfläche der Rolle und dem ihr
gegenüberliegenden Rollen-Aufnahmebereich des Stützjoches angeordnet. Die
Kunststoffplatte ist aus einem Material mit geeigneter Elastizität in der Form eines
Hohlzylindersegments hergestellt, das in einem unbelasteten Zustand so
gekrümmt ist, daß es eine der Rolle zugewandte vorgewölbte Oberfläche und
eine dem Rollen-Aufnahmebereich des Stützjoch es zugewandte einwärts
gekrümmte Oberfläche aufweist.
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Da die Rolle des Stützjoches die Zahnstange durch Berührung mit derselben
führt, ist die Zahnstange mit vermindertem Widerstand verschiebbar, was zu
einer guten Wirksamkeit der Einrichtung führt und ein sanftes Gefühl
vermittelt, wenn die Einrichtung zum Lenken benutzt wird. Die Kunststoffplatte
verhindert das metallische Geräusch, das durch die Berührung der Rolle mit
dem Rollen-Aufnahmebereich hervorgerufen würde, vermindert den
Reibwiderstand der Rolle und gewährleistet eine stabile Funktion.
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Die Rolle kann einfach zwischen den gegenüberliegenden Kunststoffplatten
eingesetzt werden, selbst wenn die Abmessungen der Platten nicht präzise
eingehalten sind. Wenn die Rolle eingesetzt wird, so wird außerdem jede
Platte elastisch verformt, so daß sie sowohl mit der Stirnfläche der Rolle als
auch mit dem Rollen-Aufnahmebereich in Druckberührung kommt und das
Spiel dazwischen beseitigt.
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Der zur Bildung der Platte zu verwendende Kunststoff ist beispielsweise
Polyacetal-Harz, Polyamid-Harz, faserverstärktes Polyamid-Harz oder dergleichen.
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Allgemein ist der Rollen-Aufnahmebereich des Stützjoches aus einer
gesinterten Legierung und die Rolle aus einem Lagerstahl hergestellt. In einem
solchen Fall ist die Kunststoffplatte an dem Rollen-Aufnahmebereich des
Stützjoches angebracht. Die Platte gleitet dann an der Rolle aus
hochabriebfestem Lagerstahl, ohne an dem weniger abriebfesten
Rollen-Aufnahmebereich zu gleiten. Dies vermeidet die Abnutzung des Rollen-Aufnahmebereichs
durch die Platte, während die Abnutzung der Rolle vermindert werden kann.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand
der Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
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Fig. 1 einen Schnitt durch eine Zahnstangenlenkeinrichtung, die kein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist, jedoch zur Erläuterung
derselben nützlich Ist;
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Fig. 2 ein Schnitt längs der Linie II-II in Figur 1;
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Fig. 3 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer Rolleneinheit;
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Fig. 4 eine teilweise aufgebrochene Frontansicht derselben;
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Fig. 5 ein vertikaler Schnitt durch eine modifizierte Rolleneinheit;
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Fig. 6 ein vertikaler Schnitt durch eine andere Art einer
Zahnstangenlenkeinrichtung, die ebenfalls zur Erläuterung der Erfindung
nützlich ist;
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Fig. 7 einen vergrößerten Schnitt längs der Linie VII-VII in Figur 6;
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Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII in Figur 7;
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Fig. 9 eine teilweise aufgebrochene Explosionsdarstellung eines
Stützjoches einer Zahnstangenlenkelnrichtung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung;
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Fig. 10 einen Schnitt längs der Linie X-X in Figur 9; und
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Fig. 11 eine perspektivische Ansicht einer Kunststoffplatte,
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Wie in Figuren 1 und 2 gezeigt ist, ist eine Ritzelwelle 5 durch ein Gehäuse 1
mit Lagern 2, 3 drehbar gehalten, und eine Öldichtung 4 ist darin um die
Welle herum angeordnet. Mit einem Ritzel 6, das in einem mittleren
Abschnitt der Ritzelwelle 5 ausgebildet ist, kämmt eine Zahnleiste 8, die auf
der Rückseite einer quer durch das Gehäuse 1 verlaufenden Zahnstange 7
ausgebildet ist. Das Gehäuse 1 ist in einem Stück mit einem
hohlzylindrischen
Abschnitt 9 ausgebildet, der von der Vorderseite desselben nach vorn
vorspringt. Eine Kappe 10 ist in das vordere Ende des zylindrischen
Abschnitts 9 eingeschraubt und daran mit einer Sicherungsmutter 11 befestigt. Ein
Stützjoch 12 ist zwischen der Kappe 10 und der Zahnstange 7 in den
zylindrischen Abschnitt 9 eingepaßt, so daß es geringfügig nach vorn oder hinten
beweglich ist. Eine Schraubendruckfeder 13 ist zwischen der Kappe 10 und
dem Stützjoch angeordnet, so daß sie das Stützjoch 12 gegen die Zahnstange
7 drückt, um die Zahnleiste 8 relativ zu dem Ritzel 6 vorzuspannen.
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Das Stützjoch 12 umfaßt einen beweglichen Block 14, der so in den
zylindrischen Abschnitt 9 eingepaßt ist, daß er geringfügig vorwärts oder rückwärts
beweglich ist, einen fest in dem Block 14 angeordneten Stift 15 und eine
Rolleneinheit 16, die durch den Stift 15 drehbar gehalten ist. Der Block 14
ist in der Mitte mit einer Bohrung 18 versehen, die sich in Längsrichtung
des zylindrischen Abschnitts 9 durch ihn hindurcherstreckt und einen
rechteckigen Querschnitt besitzt. Der Stift 15 erstreckt sich parallel zu der
Ritzelwelle 5 quer durch die Bohrung 18. Die Feder 13 ist in einem kreisförmigen
Hohlraum 19 in der Kappe 10 untergebracht und stützt sich an der vorderen
Stirnfläche des Blockes 14 ab.
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Gemäß Figuren 3 und 4 hat die Rolleneinheit 16 die Form einer Einheit aus
einer Rolle 20, die auch als Außenring eines Lagers dient, und zwei
Nadellagern 21, die im Inneren der Rolle 20 angeordnet sind. An jeder der
entgegengesetzten Stirnflächen der Rolle 20 ist eine mit einer Öffnung versehene
Scheibe 22 aus einem Kunststoff, etwa aus Polyacetal-Harz oder Polyamid-
Harz befestigt. Ein einstücklg mit der Scheibe 22 längs des äußeren
Umfangsrands derselben ausgebildeter kurzer zylindrischer Abschnitt 22a ist in
einer ringförmigen Nut 23 fixiert, die in der Stirnfläche der Rolle 20
ausgebildet ist. Die Rolleneinhelt 16 ist in die Bohrung 18 des Blockes 14
eingesetzt, wobei sich der Stift 15 durch die Lager 21 erstreckt. Es besteht fast
kein Zwischenraum zwischen der Scheibe 22 an jedem Ende der Rolle 20
und den die Bohrung begrenzenden Wänden des Blockes 14. In der äußeren
Umfangsfläche der Rolle 20 ist eine umlaufende Hohlkehle 24 mit einem
kreisbogenförmigen Querschnitt ausgebildet, und der ausgekehlte Bereich
der Rolle steht mit der Vorderseite der zylindrischen Oberfläche der
Zahnstange 7 in Berührung. Der ausgekehlte Bereich wird durch die Feder 13
gegen die Zahnstange 7 angedrückt.
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Eine in Figur 5 gezeigte Rolleneinheit 30 weist dieselbe Rolle 20 wie in dem
ersten Ausführungsbeispiel auf und besitzt zwei schalenförmige Nadellager
32, die im Inneren der Rolle 20 angeordnet sind. Jedes der Lager 32 besitzt
eine Schale 33 in der Form eines Hohlzylinders, der an jedem seiner Enden
mit einem einwärts gerichteten Flansch versehen ist, und eine Vielzahl von
Nadeln 34, die im Inneren der Schale 33 angeordnet sind und jeweils
verjüngte entgegengesetzte Enden aufweisen. Die Schale 33 ist durch
Preßsitz in der Rolle 31 gehalten.
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In diesem Fall verhindert die Schale 33 des Lagers 32, daß sich die Nadeln
34 in Axialrichtung bewegen und mit der Scheibe 22 in Berührung kommen,
und so wird eine Abnutzung der Scheibe 22 durch die Nadeln 34 verhindert.
Da außerdem die Nadeln 34 des Lagers 32 als eine Einheit durch die Schale
33 gehalten werden, können die Rolleneinheit 30 und der Stift 15 einfach in
einem Stützjoch montiert werden.
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Figuren 6 bis 8 zeigen eine Lenkeinrichtung mit einem Stützjoch 40, das sich
teilweise von dem zuvor beschriebenen Joch unterscheidet.
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Das Stützjoch 40 hat einen beweglichen Block 41 aus einer gesinterten
Legierung, der an seinem äußeren Umfang mit einem O-Ring 42 versehen ist. Die
Rolle 44 einer Rolleneinheit 30 ist aus Lagerstahl hergestellt und besitzt
keine an ihren entgegengesetzten Stirnflächen angebrachte
Kunststoffplatten.
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Der Block 41 ist mit einer Bohrung 45 mit rechteckigem Querschnitt
versehen und besitzt einen in seiner Wand befestigten Stift 15. Eine flache Nut 46,
deren Breite größer ist als der Durchmesser des Stiftes 15, ist auf der
gesamten Länge des Blockes in seinem die Bohrung begrenzenden Wandbereich
ausgebildet, in dem jedes Ende des Stiftes 15 befestigt ist. In der Nut 46 ist
eine Platte 47 fixiert, die aus einem Kunststoff hergestellt ist, etwa aus mit
Kaliumtitanatfasern verstärktem Polyamid-Harz. Die Kunststoffplatte 47
besitzt einen rechteckigen Abschnitt 47a, mit etwa der Hälfte der Dicke der
Platte 47 und einen kreisförmigen Abschnitt 47b, der einstückig mit dem
Abschnitt 47a ausgebildet ist und annähernd die andere Hälfte der Dicke
einnimmt, wie im einzelnen in Figur 8 gezeigt ist. Die Platte 47 hat in der Mitte
eine kreisförmige Öffnung 48. Der rechteckige Abschnitt 47a ist in die Nut
46 des Blockes 41 eingepaßt, und der Stift 15 ist durch die kreisförmige
Öffnung 48 hindurchgesteckt, wodurch die Kunststoffplatte 47 an dem Block
41 befestigt wird. Der kreisförmige Abschnitt 47b steht mit der Stirnfläche
der Rolle 44 in Gleitberührung.
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Die Kunststoffplatte 47 ist an dem Block 41 aus gesinterter Legierung
befestigt, der eine geringe Abriebfestigkeit aufweist, und sie steht in
Gleitberührung mit der Rolle 44 aus hochabriebfestem Lagerstahl, so daß der
Block 41 nicht durch die Kunststoffplatte 47 abgenutzt wird, während die
Abnutzung an der Rolle 44 klein ist. Die Platte 47 selbst wird nicht
nennenswert abgenutzt, da die Platte 47 aus mit Kaliumtitanatfasern verstärktem
Polyamid-Harz besteht und deshalb einen hohen Abriebwiderstand aufweist.
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Figuren 9 bis 11 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung.
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Diese Ausführungsform umfaßt Kunststoffplatten 60, die sich von denen in
Figuren 6 bis 8 unterscheiden.
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Jede Kunststoffplatte 60 besitzt einen rechteckigen Abschnitt 60a, der in die
Nut 46 der die Bohrung begrenzenden Wand des Stützjoches 41 eingepaßt
ist, und einen kreisförmigen Abschnitt 60b, der mit der Stirnfläche der Rolle
44 in Gleitberührung steht. Die Platte 60 ist in der Mitte mit einer
kreisförmigen Öffnung 61 versehen. Der kreisförmige Abschnitt 60b hat
einen großen Durchmesser, und der Kreis ist lokal an zwei
gegenüberliegenden Seiten des rechteckigen Abschnitts 60a abgeschnitten. Folglich steht die
Kunststoffplatte 60 mit der Stirnfläche der Rolle 44 auf einer vergrößerten
Fläche in Berührung und ist weniger anfällig für Abnutzung. Der kreisförmige
Abschnitt 60b ist weiterhin in seinen zum äußeren Umfang weisenden
Oberflächenbereichen mit vier flachen Ölnuten 62 versehen, die einen
kreisbogenförmigen Querschnitt besitzen und sich diagonal (radial) in bezug
auf den rechteckigen Abschnitt 60 erstrecken. Die Kunststoffplatte 60 hat die
Form eines Hohlzylindersegments mit einem großen Krümmungsradius und
ist in einem unbelasteten Zustand so gekrümmt, daß sie sich zu ihrer mit
dem kreisförmigen Abschnitt 60b versehenen Seite vorwölbt und sich auf der
mit dem rechteckigen Abschnitt 60a versehenen anderen Seite einwölbt. Die
Krümmungsachse des Segments verläuft senkrecht zur Mittellinie der
Bohrung 45 des Blockes 1 und auch zur Mittellinie des Stiftes 15. Die
Kunststoffplatte
60 besteht beispielsweise aus Polyacetal-Harz, so daß sie eine
geeignete Elastizität besitzt, und sie kann unter der Einwirkung einer Kraft zu
einer ebenen Platte verformt werden.
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Das Stützjoch 40 dieser Ausführungsform wird wie folgt zusammengebaut.
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Zunächst werden die rechteckigen Abschnitte 60a zweier Kunststoffplatten
60 in die jeweiligen Nuten 46 in der Bohrung 45 des Blockes 41 eingesetzt
und vorübergehend darin befestigt. Dabei sind die Kunststoffplatten 60 so
angeordnet, daß die Scheitel ihrer vorgewölbten kreisförmigen Abschnitte 60b
in der Mitte der Länge des Blockes 41 liegen (im Mittelbereich in seitlicher
Richtung in Figur 10). Die Rolleneinhelt 43 mit den etwa mit Fett im Inneren
der Rolle 44 gehaltenen Nadellagern 21 wird von vorn oder hinten in den
Freiraum zwischen den beiden Kunststoffplatten 60 in der Bohrung 45
eingesetzt. Der Stift 15 wird dann von einer Seite des Blockes 41 durch eine
kreisförmige Öffnung 63 des Blockes 41 und die Öffnung 61 der
Kunststoffplatte 60 auf einer Seite und dann durch die Mitte der Rolleneinheit 43 und
weiter durch die Öffnung 61 der anderen Platte 60 und eine kreisförmige
Öffnung 63 in dem Block auf der anderen Seite eingesteckt und an dem
Block 41 fixiert, um die Kunststoffplatten 60 zu befestigen und die
Rolleneinheit 43 drehbar zu lagern.
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- Wenn die Kunststoffplatte 47 im unbelasteten Zustand eben ist, wie in Figur
6, so wird die Kunststoffplatte 47, falls sie dünn ist, ein Spiel relativ zu den
Stirnflächen der Rolle 44 und zum Grund der Nut 46 in dem Block 41
aufweisen, wohingegen, wenn die Platte 47 zu dick ist, die Rolle 44 nicht
immer in das Stützjoch eingesetzt werden kann, weshalb es notwendig ist, die
Kunststoffplatte mit präzisen Abmessungen herzustellen. Bei der
Ausführungsform hingegen ist die Kunststoffplatte 60, so wie sie hergestellt
ist, spontan gekrümmt, und sie braucht deshalb nicht präzise dimensioniert
zu sein und gewährleistet dennoch einen erlelchterten Einbau der Rolle 44.
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Im Fall der Ausführungsform sind die gegenüberliegenden Kunststoffplatten
60 zu ihren vorderen und hinteren Enden hin mit zunehmendem Abstand
zwischen ihnen voneinander weg gekrümmt, so daß die Rolle 44 problemlos
in den Freiraum zwischen den Platten eingesetzt werden kann, selbst wenn
die Abmessungen der Platten 60 gewisse Fehler aufweisen. Die
gegenüberliegenden
Kunststoffplatten 60 sind so gekrümmt, daß sie einander in ihren
Mittelbereichen in bezug auf die Vorwärts/Rückwärts-Richtung
näherkommen, mit abnehmendem Abstand zwischen den Platten. Folglich
werde die zentralen Bereiche durch die Rolle 44 zurückgedrückt, wodurch
die Kunststoffplatten 60 in eine nahezu ebene Gestalt verformt werden. Wenn
die Rolle 44 in das Stützjoch eingesetzt worden ist, steht deshalb jede
Kunststoffplatte 60, selbst wenn sie etwas ungenau dimensioniert ist, sowohl mit
der Stirnfläche der Rolle 44 als auch mit dem Grund der Nut 46 in dem
Block 41 in Druckberührung, und sie wird kein Spiel zwischen diesen Teilen
aufweisen.
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Die gleichen schalenförmigen Nadellager 32, die in Figur 5 gezeigt sind,
können auch in der Rolleneinheit 43 der Ausführungsform verwendet
werden.