DE4422556C1 - Durch Servomotor unterstützte Zahnstangenlenkung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine durch Servomotor unterstützte Zahnstangenlenkung mit schräg verzahnter Zahnstange und damit zusammenwirkendem schräg verzahnten Ritzel.

Eine derartige Zahnstangenlenkung wird beispielsweise in der DE 41 26 020 A1 beschrieben. Die Schrägverzahnung dient einerseits dazu, eine ruckfreie Kraftübertragung zwischen Ritzel und Zahnstange zu gewährleisten. Andererseits werden die zwischen den Verzahnungen auftretenden Kräfte dazu aus­ genutzt, das axial elastisch gelagerte Ritzel je nach Drehrichtung in der einen oder anderen Richtung zu ver­ schieben. Diese Verschiebung wird dann zur Steuerung einer Servoventilanordnung für einen hydraulischen Servomotor zur Unterstützung der Lenkung ausgenutzt.

Eine prinzipiell gleiche Anordnung ist Gegenstand der EP 01 92 641 B1.

Aus der DE 42 03 335 A1 ist es bei Zahnstangenlenkungen der eingangs angegebenen Art bekannt, das Ritzel schwenk­ bar zu lagern, indem die mit der Lenkwelle verbundene Seite des Ritzels in einem Festlager und die andere Seite des Ritzels in einem Loslager gehaltert ist. Hier wird dann die bei Kraftübertragung zwischen Ritzel und Zahnstange zwangsläufig auftretende Schwenkbewegung des Ritzels in der einen oder anderen Richtung zur Steuerung von Servo­ ventilen eines hydraulischen Servomotors ausgenutzt.

Grundsätzlich lassen sich die Servoventile auch dann steuern, wenn das Ritzel axial und radial unbeweglich gelagert ist.

Beispielsweise ist es aus der DE 30 43 968 C2 bekannt, die Lenkwelle mit relativ zueinander begrenzt verdrehbaren Teilen auszubilden und die Relativdrehung dieser Teile zur Ventilsteuerung heranzuziehen.

Bei serienmäßig hergestellten Kraftfahrzeugen bilden die relativ zueinander drehbaren Teile der Lenkwelle oftmals einen Drehschieber, mit dem sich der hydraulische Servo­ motor steuern läßt.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine für Zahnstangen­ lenkungen besonders geeignete Art der Steuerung eines Servomotors zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Drehbewegungen der relativ zu ihrer Längsachse begrenzt drehbaren Zahnstange zur Betätigung von Steuerorganen des Servomotors dienen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei Übertragung von Kräften zwischen dem Ritzel und der Zahnstange aufgrund der Schrägverzahnung auf die Zahnstange ein Drehmoment aus­ geübt wird, dessen Richtung von der Drehrichtung des Ritzels abhängig ist.

Diese Drehbewegung der Zahnstange tritt bei Zahnstangen­ lenkungen praktisch unvermeidbar auf, weil die Zahnstange zur Vermeidung von Verzahnungsspiel federnd gegen das Ritzel angedrückt wird und dementsprechend auch gegen die Andruckfederung unter Drehung ausweichen kann.

Somit können herkömmliche Zahnstangenlenkungen zur Aus­ führung der Erfindung konstruktiv prinzipiell unverändert bleiben, es müssen lediglich von bzw. zusammen mit der Zahnstange bewegte Elemente vorhanden sein, die einen zur Drehbewegung der Zahnstange analogen Bewegungshub ausführen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann dazu ein mit der Zahnstange gekoppelter, radial zur Zahn­ stange angeordnete Hebel vorgesehen sein, welcher ent­ sprechend der Drehung der Zahnstange schwenkt.

Vorzugsweise ist die Anordnung so ausgebildet, daß sich der Hebel relativ zur Zahnstange in deren Längsrichtung zu verschieben vermag und dementsprechend die Verschiebe­ bewegungen der Zahnstange nicht mitzumachen braucht.

Ein besonderer Vorzug der Erfindung liegt darin, daß die Zahnstange vergleichsweise ausgeprägte Schwenkungen aus­ zuführen vermag, so daß die Steuerung des Servomotors ohne weiteres mit großen Stellhüben erfolgen kann.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben werden.

Dabei zeigt

Fig. 1 ein Schnittbild der erfindungsgemäßen Zahnstangen­ lenkung, wobei die Schnittebene quer zur Längsachse der Zahnstange liegt,

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.

Bei einer Fahrzeuglenkung wirkt ein mittels eines nicht dar­ gestellten Lenkhandrades über eine nicht dargestellte Lenk­ welle betätigtes Ritzel 1 mit einer Zahnstange 2 zusammen. Ritzel 1 und Zahnstange 2 besitzen ineinander passende Schräg­ verzahnungen. Damit wirkt auf die Zahnstange 2 zwangsläufig ein mehr oder weniger großes Drehmoment, wenn zwischen Ritzel 1 und Zahnstange 2 Kräfte übertragen werden. Die Richtung des Drehmomentes hängt dabei von der Drehrichtung des Ritzels 1 bzw. der Verschieberichtung der Zahnstange 2 ab.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, die Zahnstange 2 relativ zu ihrer Längsachse begrenzt drehbar anzuordnen. Damit wird die Möglichkeit geschaffen, durch die Drehbewegung der Zahn­ stange 2 eine Servoventilanordnung 3 oder sonstige Steuer­ organe für einen Servomotor zu betätigen, derart, daß die am Lenkhandrad notwendige Betätigungskraft vermindert wird.

Zur Antriebskopplung zwischen Zahnstange 2 und Servoventil­ anordnung 3 besitzt die Zahnstange 2 auf ihrer der Verzahnung gegenüberliegenden Seite eine sich in Längsrichtung der Zahnstange 2 erstreckende, plane Kraftübertragungsfläche 4, auf der ein Schwenkhebel 5, welcher um die Längsachse der Zahnstange 2 schwenkbar angeordnet ist, mit einer Gegenfläche gleitverschiebbar aufliegt.

Der Hebel 5 ist in Draufsicht auf die Verzahnungsseite der Zahnstange 2 seitlich neben dem Ritzel 1 angeordnet und erstreckt sich mit einem seitlichen, auf der Kraftüber­ tragungsfläche 4 der Zahnstange 2 aufliegenden seitlichen Fortsatz 6 in den Bereich der Zahnstange 2 unterhalb des Ritzels 1. Der Querschnitt des Fortsatzes 6 hat die Form eines Kreisabschnittes, welcher durch die im Profil kreis­ bogenförmigen Seitenflanken 7 der Zahnstange 2 fortgesetzt wird.

Auf der dem Ritzel 2 gegenüberliegenden Seite der Zahn­ stange 2 ist ein mittels Schraubendruckfeder 8 in Richtung der Zahnstange 2 gespannter Anschubkolben 9 angeordnet, welcher an seinem zahnstangenseitigen Stirnende ein im Querschnitt etwa halbkreisförmiges, konkaves Bett 9′ zur Aufnahme der Zahnstange 2 sowie des Fortsatzes 6 aufweist. Dementsprechend ist der Querschnitt des Bettes 9′ gegen­ gleich zum Querschnitt von Zahnstange 2 und Fortsatz 6 ausgebildet.

Der Anschubkolben 9 hält also einerseits den Fortsatz 6 des Hebels 5 ständig gegen die Kraftübertragungsfläche 4 der Zahnstange 2 angedrückt, so daß der Fortsatz 6 und damit der Schwenkhebel 5 Drehbewegungen der Zahnstange 2 bezüglich der Zahnstangenlängsachse folgen. Andererseits wird die Zahnstange 2 durch den Anschubkolben 9 gegen das Ritzel 1 gedrängt, so daß keinerlei Verzahnungsspiel auftreten kann.

Um den Hebel 5 in Achsrichtung der Zahnstange 2 stationär zu haltern, ist der Hebel 5 zwischen zwei Führungsflächen 10 gleitfähig geführt, die parallel zu einer Radialebene der Zahnstange 2 an einem die Zahnstange 2 sowie den Anschub­ kolben 9 aufnehmenden Gehäuse 11 angeordnet sind. Dieses Gehäuse 11 kann auch die Servoventilanordnung 3 aufnehmen.

Zweckmäßigerweise ist die Zahnstange 2 an ihren Enden durch Endstücke 15 fortgesetzt, die mit der Zahnstange 2 leicht­ gängig drehbar verbunden sind, derart, daß zwischen den Endstücken 15 und der Zahnstange 2 keinerlei nennenswerte Drehmomente bezüglich der Zahnstangenachse übertragen werden können, die Verbindung in Achsrichtung jedoch mög­ lichst spielfrei ist. Außerdem sind die Endstücke 15 zweckmäßigerweise in separaten Führungen (nicht dargestellt) gleitverschiebbar geführt.

Über die Endstücke 15 kann die Zahnstange 2 in grundsätzlich beliebiger Weise mit Gestängeteilen od. dgl., etwa den Spur­ stangen, einer Kraftfahrzeuglenkung verbunden sein. Aufgrund der leicht drehbaren Verbindung zwischen den Endstücken 15 und der Zahnstange 2 können durch diese Gestängeteile keiner­ lei Drehmomente auf die Zahnstange 2 bezüglich ihrer Längs­ achse ausgeübt werden. Eventuelle Drehbewegungen der Zahn­ stange 2 werden damit ausschließlich durch zwischen Ritzel 1 und Zahnstange 2 zu übertragende Kräfte verursacht.

Claims (5)

1. Durch Servomotor unterstützte Zahnstangenlenkung mit schräg verzahnter Zahnstange und damit zusammen­ wirkendem schräg verzahnten Ritzel, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (2) relativ zu ihrer Längsachse begrenzt drehbar angeordnet ist und sich je nach Richtung der zwischen Ritzel (1) und Zahnstange (2) übertragenen Kräfte in der einen oder anderen Richtung dreht, und daß diese Drehbewegung eine den Servomotor steuernde Steueranordnung betätigt.

2. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (2) mit einem zur Zahnstangenachse im wesentlichen undrehbaren Hebel (5) gekoppelt ist.

3. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (5) mittels eines die Zahnstange (2) gegen das Ritzel (1) andrückenden Anschubelementes (9) mit einer am Hebel (5) angeordneten Planfläche gegen eine der Verzahnung gegenüberliegende Planfläche (4) an der Zahnstange (2) angedrückt wird.

4. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Hebel (5) im Bereich des Anschubelementes (9) ein seitlicher Fortsatz (6) angeordnet ist, dessen Querschnitt die Form eines Kreisabschnittes hat, der durch kreisbogenförmige Seitenflanken (7) der Zahnstange (2) fortgesetzt wird, und daß der Fortsatz (6) sowie die Zahnstange (2) gemeinsam in einem kreisbogen­ förmig konkaven Lagerbett (9′) am Anschubelement um die Längsachse der Zahnstange (2) drehbar gelagert sind.

5. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschubelement (9) gegenüber dem Ritzel (1) auf der vom Ritzel (1) abgewandten Seite der Zahn­ stange (2) angeordnet ist.