PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102004016383A1 06.10.2005
Titel Hydraulisch unterstützte Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge
Anmelder AUDI AG, 85057 Ingolstadt, DE
Erfinder Meixner, Christian, 85049 Ingolstadt, DE;
Langhoff, Hans-Jürgen, 85101 Lenting, DE
DE-Anmeldedatum 02.04.2004
DE-Aktenzeichen 102004016383
Offenlegungstag 06.10.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.10.2005
IPC-Hauptklasse B62D 3/12
IPC-Nebenklasse B62D 3/14   B62D 5/12   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine hydraulisch unterstützte Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge, mit einer in einem Gehäuse verschiebbar geführten Zahnstange und einer koaxial zur Zahnstange angeordneten Kolbenstange einer in das Gehäuse integrierten Kolben-Zylinder-Einheit, ferner mit einem drehbar in dem Gehäuse gelagerten Antriebsritzel, das mit einer Verzahnung auf der Zahnstange in Eingriff ist, sowie mit Mitteln zum Außenabgriff der anschließenden Spurstangen an der Zahnstange einerseits und an der Kolbenstange andererseits. Eine fertigungstechnisch günstigere und hinsichtlich der Einbaumöglichkeiten verbesserte Zahnstangenlenkung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange einen derart größeren Durchmesser d als die anschließende Kolbenstange aufweist, dass der Fußkreisdurchmesser dF im Wesentlichen gleich oder größer als der Durchmesser der Kolbenstange ist und dass die Verzahnung der Zahnstange unmittelbar an die Kolbenstange anschließend ausgeführt ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine hydraulisch unterstützte Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Zahnstangenlenkung ist beispielsweise der 2 der DE 197 15 809 A1 entnehmbar. Die Baulänge einer solchen Zahnstangenlenkung mit Außenabgriff der Spurstangen definiert sich im wesentlichen aus der erforderlichen Zahnstangenlänge und der koaxial dazu angeordneten Kolbenstangenlänge, beide bestimmen sich im wesentlichen aus dem konstruktiv vorgegebenen Zahnstangenhub bei Links- und Rechtseinschlag der zu lenkenden Fahrzeugräder und weiterer baulicher Erfordernisse wie Führungslager, Dichtungen, Gehäuseausbildungen, etc. Die konstruktiv ebenfalls wichtige Lage des Antriebsritzels ist etwa mittig der Gesamtlänge der Zahnstangen-Verzahnung ausgerichtet. Aus diesen Vorgaben heraus ist es schwierig, z.B. aus baulichen oder Freigang Gründen im Kraftfahrzeug die Lage des Antriebsritzels z.B. für Rechtslenkerfahrzeuge einer Baulinie geringfügig nach innen oder/und für Linkslenkerfahrzeuge deutlich nach außen zu verschieben, bei bereits fest vorgegebenen Abgriffspositionen der Spurstangen und des Spurstangenhubs bzw. Lenkeinschlags.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine in der Baulänge optimierte Zahnstangenlenkung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die bei fertigungstechnisch günstiger Konstruktion eine verbesserte Ausnutzung der Verzahnungslänge der Zahnstange ermöglicht und somit mehr Freiheitsgrade hinsichtlich der Positionierung des Abtriebsritzels bietet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Zahnstange einen größeren Durchmesser d als die anschließende Kolbenstange aufweist und dass der Fußkreisdurchmesser dF der Verzahnung im wesentlichen gleich oder größer als der Durchmesser der Kolbenstange ist und dass die Verzahnung der Zahnstange unmittelbar an die Kolbenstange anschließend ausgeführt ist. Während bei im Durchmesser im wesentlichen gleichen Ausführungen von Zahnstange und Kolbenstange (vgl. eingangs erwähnte DE 197 15 809 A1, 2) ein entsprechender Übergangsbereich zwischen der zylindrischen Kolbenstange und der abgeflachten Zahnstange erforderlich ist, kann dieser Übergangsbereich bei dem vorliegenden Vorschlag entfallen; die Gesamtlänge der Verzahnung kann somit voll in Zahnstangenhub umgewandelt werden. Dies kann entweder zu einer Vergrößerung des Zahnstangenhubs oder zu einer Verschiebung des Antriebsritzels der Zahnstangenlenkung relativ zum Gehäuse genutzt werden. Zudem wird der Fertigungsaufwand der Zahnstange mit Verzahnung durch Entfall des besagten Übergangsbereiches vereinfacht.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Verzahnung der Zahnstange durchgehend von der angrenzenden Kolbenstange bis zu deren freien Stirnseite ausgeführt sein. Damit kann ein weiterer Übergangsbereich zur freien Zahnstangenstirnseite hin vermieden werden.

Des weiteren kann in vorteilhafter Weise der stufenförmige Übergang zwischen der Kolbenstange und der Zahnstange mit einer Lagerwand des Gehäuses einen inneren Lenkanschlag bilden, der somit baulich und akustisch günstig in das Gehäuse der Zahnstangenlenkung integriert ist.

Dabei kann zwischen der Lagerwand und der besagten Zahnstangen-Stirnseite ein Dämpfungsring angeordnet sein, der unzulässige Belastungen und Anschlagsgeräusche bei schnellen Lenkeinschlägen ausschließt.

Fertigungstechnisch besonders vorteilhaft können die Zahnstange und die Kolbenstange separat gefertigt und fest miteinander verbunden sein. Dies ermöglicht eine wirtschaftlichere Fertigung der Einzelteile, insbesondere der Zahnstange mit der ohne Übergangsbereiche ausgeführten Verzahnung.

Eine herstellungstechnisch günstige und robuste Verbindung wird weiterhin dadurch erreicht, dass an der Zahnstange oder an der Kolbenstange ein axial ausgerichteter Gewindebolzen angeformt ist, der in eine entsprechende Gewindebohrung des angrenzenden Bauteiles einschraubbar ist. Die vorgeschlagene Schraubverbindung kann ggf. noch gegen Lösen gesichert sein, z.B. mittels eines Haftmittels oder Sicherungsringes.

Zur weiteren fertigungstechnischen Vereinfachung kann die Verzahnung der Zahnstange durch ein schienenförmiges Zahnstangensegment gebildet sein, das mit der entsprechend abgeflachten Zahnstange fest verbunden wird; somit kann das Zahnstangensegment ggf. in beliebiger Länge vorgefertigt, dann in entsprechend benötigter Länge abgeschnitten und mit der Zahnstange fest verbunden werden.

Insbesondere kann das Zahnstangensegment mit der Zahnstange durch Strahlschweißen, insbesondere durch Laserstrahlschweißen, verbunden sein. Damit ist eine verzugsarme, stoffschlüssige Verbindung bei kurzen Fertigungszeiten gegeben.

Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung kann eine Verzahnungshülse Verwendung finden, die die erforderliche Verzahnung auf der äusseren Wandung trägt. In dieser Verzahnungshülse ist die Kolbenstange positioniert und fixiert. Montagetechnisch wird diese Verzahnungshülse mittels Gelenkkopf auf die mit durchgehender Gehäuselänge gefertigte Kolbenstange geschraubt. Diese Lösung ermöglicht eine hohe Präzision.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:

1 eine hydraulisch unterstützte Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge im Längsschnitt, mit vereinfachter Darstellung der hydraulisch beaufschlagten Kolben-Zylinder-Einheit; und

2 einen Querschnitt gemäß Linie II-II der 1 durch die Zahnstange

3 Kolben-Zylinder-Einheit mit einer auf der durchgehenden Kolbenstange positionierten Verzahnungshülse

In der 1 ist mit 10 eine hydraulisch unterstützte Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge bezeichnet, die sich im wesentlichen aus einem rohrtörmigen Gehäuse 12, einer darin verschiebbar geführten Zahnstange 14, einer koaxial zur Zahnstange 14 angeordneten Kolbenstange 16 einer in dem Gehäuse 12 integrierten Kolben-Zylinder-Einheit 18 und einem drehbar in dem Gehäuse 12 gelagertem Antriebsritzel 20 zusammensetzt. Ein senkrecht zur Längsachse der Zahnstange 14 verschiebbar in dem Gehäuse 12 angeordnetes und federnd vorgespanntes Druckstück 22 hält in bekannter Weise die Verzahnung 14a der Zahnstange 14 spielfrei in Eingriff mit der korrespondierenden Verzahnung des Antriebsritzels 20.

Das Antriebsritzel 20 ist in nicht dargestellter Weise über ein hydraulisches Lenkventil und eine Lenksäule mit dem Lenkhandrad des Kraftfahrzeuges trieblich verbunden, wobei über das Lenkventil die in dem Gehäuse 12 gebildeten und durch einen Kolben 24 auf der Kolbenstange 16 unterteilten Hydraulikkammern 26, 28 alternierend zur Erzeugung einer hydraulisch unterstützten Hilfskraft mit unter Druck stehendem Hydraulikmedium beaufschlagbar sind.

Die Zahnstange 14 und die mit dieser fest verbundene Kolbenstange 16 sind an den Endabschnitten des Gehäuses 12 über ringförmige Gleitlager 12a und mittig über eine Lagerwand 12b verschiebbar im Gehäuse 12 geführt. An den freien Stirnseiten der Zahnstange 14 bzw. der Kolbenstange 16 sind Gelencköpfe 30 als Teile von Spurstangengelenken (nicht dargestellt) zum Außenabgriff für Spurstangen der gelenkten Räder des Kraftfahrzeuges befestigt.

Zur festen Verbindung der als separates Bauteil ausgeführten Zahnstange 14 mit der Kolbenstange 16 ist an die Kolbenstange 16 ein Gewindebolzen 16a angeformt, der in eine zentrische Gewindebohrung 14b der Zahnstange 14 eingeschraubt ist. Die Schraubverbindung ist mittels eines Haftklebers gegen Lösen gesichert.

Die ohne Übergangsbereiche von Stirnseite zu Stirnseite voll durchgehende Verzahnung 14a der Zahnstange 14 (vgl. 2) ist auf einem im wesentlichen schienenförmigen Zahnsegment 32 ausgebildet, das auf eine Abflachung 14c der Zahnstange 14 aufgesetzt und mittels Laserstrahlschweißen stoffschlüssig befestigt ist. Das Zahnsegment 32 ist von einer in größerer Länge gefertigten Schiene mit entsprechend spanlos oder spanend aufgebrachter Verzahnung 14a abgelängt.

Wie insbesondere in der 2 dargestellt, ist der Durchmesser d der Zahnstange 14 derart größer ausgebildet als der Durchmesser d der Kolbenstange 16, dass der eingezeichnete Fußkreisdurchmesser dF der Verzahnung 14a im wesentlichen gleich oder größer als der Durchmesser d der Kolbenstange 16 ist.

Dies bewirkt, dass der Durchmesser d bzw. der Außenumfang der rotationssymmetrischen Kolbenstange 16 nicht oder zumindest nicht wesentlich die Verzahnung 14a radial überragt und somit an diesem Bereich zwischen Kolbenstange 16 und Zahnstange 14 kein den Zahnstangenhub begrenzender Übergang oder Verzahnungsauslauf gebildet ist. Ein entsprechender Anschlag kann z.B. zwischen dem Kolben 24 und der Lagerwand 12b ggf. unter Zwischenschaltung eines Dämpfungsringes (nicht dargestellt) vorgesehen sein.

Als Anschlag in der Gegenrichtung (Verschiebung der Zahnstange 14 und Kolbenstange 16 nach links) dient der die Kolbenstange 16 radial überragende, etwa ringförmige Abschnitt 14d der Stirnseite der Zahnstange 14 (vgl. 1), der unter Zwischenschaltung eines federnd nachgiebigen Dämpfungsringes 34 mit der Lagerwand 12b des Gehäuses 12 zusammenwirkt. Der Dämpfungsring 34 kann ein geschlossenporiger Kunststoffring sein.

Aufgrund der durchgehenden Verzahnung 14a von Stirnseite zu Stirnseite der Zahnstange 14 kann bei gleicher Baulänge der Zahnstangenlenkung 10 (Länge gerechnet von Gelenkkopfmitte zu Gelenkkopfmitte der Gelenkköpfe 30 (= Spurstangenabgriffsmaß) ein größerer Zahnstangenhub erzielt werden, ohne wesentliche bauliche Veränderungen der Zahnstangenlenkung 10. Die Zunahme des Zahnstangenhubs bei gegebenen Abmessungen kann zu einer Verschiebung des Antriebsritzels 20 entlang der Längsachse der Zahnstange 14 (z.B. durch bauliche Zwänge bei Links- und Rechtslenker-Einbau der Zahnstangenlenkung 10) genutzt werden.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Verzahnung 14a der Zahnstange 14 kann auch unmittelbar eingearbeitet sein; ferner können die Zahnstange 14 und die Kolbenstange 16 auch einteilig ausgeführt sein.

Ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt 3.

Die Länge der Kolbenstange 16 entspricht im wesentlichen der Länge des Gehäuses 12. Es ist eine sogennante durchgehende Kolbenstange. Der entsprechende Endabschnitt der Kolbenstange 16, der dem Verzahnungsbereich entspricht, ist von einer Verzahnungshülse 14' formschlüssig umfasst. In diesem Fall ist die Verzahnung 14a auf der Verzahnungshülse 14' aufgebracht. Diese Verzahnungshülse 14' kann im Zuge einer Montage mittels Gelenkkopf 30 auf die durchgehend gefertigte Kolbenstange 16 geschraubt werden. Die Verzahnungshülse ist dann präzise positioniert und kann mittels bekannter Fixiermittel auf der Kolbenstange fixiert werden. Somit ist eine hohe Präzision der aufeinander gesteckten Verzahnungshülse 14' und der Kolbenstange 16 gegeben.


Anspruch[de]
  1. Hydraulisch unterstützte Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge, mit einer in einem Gehäuse verschiebbar geführten Zahnstange und einer koaxial zur Zahnstange angeordneten Kolbenstange einer in das Gehäuse integrierten Kolben-Zylinder-Einheit, ferner mit einem drehbar in dem Gehäuse gelagerten Antriebsritzel, das mit einer Verzahnung auf der Zahnstange in Eingriff ist, sowie mit Mitteln zum Außenabgriff der anschließenden Spurstangen an der Zahnstange einerseits und an der Kolbenstange andererseits, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (14) einen derart größeren Durchmesser d als die anschließende Kolbenstange (16) aufweist, dass der Fußkreisdurchmesser dF der Verzahnung (14a) im wesentlichen gleich oder größer dem Durchmesser d der Kolbenstange (16) ist und dass die Verzahnung (14a) der Zahnstange (14) unmittelbar an die Kolbenstange (16) anschließend ausgeführt ist.
  2. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (14a) der Zahnstange (14) durchgehend von der angrenzenden Kolbenstange (16) bis zu deren freien Stirnseite (Gelenkkopf 30) ausgeführt ist.
  3. Zahnstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der stufenförmige Übergang zwischen der Kolbenstange (16) und der Zahnstange (14) mit einer Lagerwand (12b) des Gehäuses (12) einen inneren Lenkanschlag bildet.
  4. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lagerwand (12b) und der Zahnstangen-Stirnseite (14d) ein Dämpfungsring (34) angeordnet ist.
  5. Zahnstangenlenkung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (14) und die Kolbenstange (16) separat gefertigt und fest miteinander verbunden sind.
  6. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Zahnstange (14) oder an der Kolbenstange (16) ein axial ausgerichteter Gewindebolzen (16a) angeformt ist, der in eine entsprechende Gewindebohrung (14b) des angrenzenden Bauteiles eingeschraubt ist.
  7. Zahnstangenlenkung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (14a) der Zahnstange (14) durch ein schienenförmiges Zahnstangensegment (32) gebildet ist, das mit der entsprechend ausgearbeiteten Zahnstange (14) fest verbunden ist.
  8. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnstangensegment (32) mit der Zahnstange (14) durch Strahlschweißen, insbesondere durch Laserstrahlschweißen, verbunden ist.
  9. Zahnstangenlenkung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (14a) in einem Bereich auf der äusseren Fläche einer Verzahnungshülse (14') angeordnet ist und die Kolbenstange (16) in einem Endabschnitt formschlüssig in der Verzahnungshülse (14') positioniert ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com