CN101357647B - 用于汽车的电的转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电的转向装置，具有由齿圈(31)、至少一个法兰(32)和至少一个将所述齿圈(31)和法兰(32)弹性耦合的减震器构成的齿圈装置，其中所述减震器或者由唯一的一个减震元件构成，该减震元件由金属构成或者具有金属的组成部分，或者所述减震器由至少一个第一减震元件(34)和至少一个第二减震元件(35；35°；35＊)构成，其中这两种减震元件(34、35；34、35°；34、35＊)具有不同的弹性。所述第一减震元件(34)具有非直线的弹性特征曲线(h(34))，所述第二减震元件(35；35°；35＊)具有直线的或近似直线的弹性特征曲线(h(35))。

Description

用于汽车的电的转向装置
技术领域
本发明涉及一种具有根据权利要求1的前序部分的特征的用于汽车的电的转向装置。
背景技术
DE 100 56 133 A1说明了一种用于汽车的电的转向装置，如其借助图9大致地示出。通常的这种转向装置具有齿条转向机构。与转向盘4作用连接的输入轴2装有齿条转向机构的传动小齿轮，其中该传动小齿轮与齿条转向机构1的齿条啮合。齿条与两个转向推杆5和6一起形成输出机构，该输出机构与未示出的待转向的车轮作用连接。齿条还形成转向机构的传动部分。通过这种转向装置可以将转矩从转向盘4传递至待转向的车轮。将一辅助转矩施加到输入轴2上的电机7用于辅助转向。电机7在此优选如下设置：其轴线垂直于输入轴2的轴线，由此垂直于传动小齿轮的轴线。但也可以采用其它角度方位。电机7用于通过蜗杆13驱动蜗轮30，以便通过蜗轮30将辅助转矩传递到传动轴2上。在此，传动轴2在中心沿着作为旋转轴线的轴线X穿过蜗轮30。
传动轴2和蜗轮30之间的力传递或转矩传递间接地通过中间连接的减震器来进行，该减震器由作为两个减震部件的两个弹性的间隔保持件构成。这两个减震部件在此基本为环形结构。通过由非常软的弹性的材料、如橡胶构成的结构实现减震作用。两个减震部件的两个环形的部段分别具有径向向外的凸起，这些凸起嵌入到在齿圈30的内侧面和侧面上开设的齿圈凹口中。由此实现既沿着径向的又沿着圆周方向的高度弹性的减震。
尽管这种解耦的齿轮已经一方面提供了良好的力传递，另一方面提供了改善的驾驶舒适性，但也表现出了缺点。
通常，减震、特别是用于齿圈-凸轮的碰撞减震沿着扭转方向渐进起作用。但在相应的误差特征曲线的零点，减震会早早地弱化，其中有时甚至会在齿圈和法兰之间产生间隙。但这是一个重要的且非常关键的方面，以便实现对电机转矩辅助装置的无顿挫的控制。因此要求减震特征曲线在中间位置周围的最小增益。
在径向、也就是在间隙补偿的方向上，这种解决方案很困难。由此不再正确地实现啮合间隙补偿。
减震应该关于所有的温度都类似地起作用。但橡胶类的减震材料改变其材料弹性的特性，如强度、回弹特性、压力变形残余、弹性和滞后性。为了关于所有的温度都得到无间隙的扭转的减震特征曲线，此时必须使用不利的大的预应力或减震特征曲线的很高的最小增益。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种用于汽车的转向装置，其一方面可以实现声音去耦(acoustic decoupling)并且另一方面可以实现用于在齿部中特别是无间隙的夹紧的径向弹性。
所述目的通过具有根据权利要求1的特征的用于汽车的电的转向装置得以实现。有益的改进是从属权利要求的主题。
据此，电的转向装置优选具有由一齿圈、至少一个法兰和至少一个将齿圈和法兰弹性耦合的减震器构成的齿圈装置，其中减震器由至少一个第一减震元件和优选一个第二减震元件构成，其中两种减震元件具有不同的弹性。
但根据本发明，也可以只使用唯一的一个减震元件，该减震元件完全由金属构成，或者至少具有金属的组成部分。
优选装置的第一减震元件具有非直线的弹性特征曲线，第二减震元件具有特别是笔直上升的直线的或者近似直线的特征曲线。由此产生改善的整体特征曲线。
优选第二减震元件和第一减震元件一起形成滞后形状的具有恒定的或持续的增益(Steigung)的弹性特征曲线，该弹性特征曲线在换向点区域中不会仅仅构成一个水平走向。换句话说，使用如下减震元件，它们在材料、形状和/或尺寸方面形成一共同的特征曲线，该特征曲线至少在中心的特征曲线部分内具有持续升高的走向。
在对于这些装置来说常见的作用力区域或作用转矩区域中的非直线的弹性特征曲线和两种减震元件的直线的特征曲线的组合令人意想不到地产生几乎理想的甚至就是理想的、具有所希望的最小增益的弹性特征曲线。特别地，在弹性特征曲线的换向点区域中这种增益最好略大于1Nm/°，优选大于4-8Nm/°。也就是说，弹性特征曲线具有一最小增益，其具有中间的直线上升。
优选装置的第二减震元件由金属、特别是钢构成和/或由硬塑料构成。这些材料特别易于加工，且同时提供一种至少几乎笔直直线的弹性特征曲线。
优选第二减震元件被设计(strukturiert)和设置用于引起所述至少一个法兰和齿圈的彼此间的相对对中。也优选第一减震元件被设计成具有径向弹性的，且被设置用于引起在齿圈的齿部中无间隙的夹紧。
第二减震元件可以有益地由易于加工的弯曲的弹性板构成。
减震元件优选可以由凸起和环形的、特别是闭合的连续环形的部段构成，其中这些凸起从环形的部段沿着径向伸入到齿圈的齿圈凹口中。
优选装置的这些凸起呈T形，特别是具有径向往回延伸的端部部段的T形。
这些凸起也可以由径向延伸的弹性元件和在径向外侧横向延伸地置于所述弹性元件上的横向部段构成。因此在该设计方案中，凸起并非是一体的，特别是并非与环形的部段一体构成的凸起。
代替与环形的部段一体地构造，这些凸起可以设置在环形的部段上，特别是牢固固定在环形的部段上。
由沿着齿圈的和所述至少一个法兰的轴向注塑或弯曲的部段构成的这些凸起易于制造。
优选装置的第一减震元件和第二减震元件是两个独立的部件，其中第一减震元件设置在齿圈和法兰之间，第二减震元件设置在齿圈和第二法兰之间。
另外优选装置的第二减震元件被构造成金属弹簧、特别是钢质弹簧，其在凸起径向伸入到齿圈凹口中的终端位置时的级数(Progression)大于第一减震元件。由此可以代替单独的减震元件。
也可以使用金属-弹性体复合结构的减震器。
通常，这种装置提供很多具有各自优点的各个方面。通过根据优选实施方式的设计，将任务分配到不同的部件上，其中一方面可实现利用弹性体的碰撞减震，另一方面可实现利用弹性元件的对中。其中可以非常精确地实现具有恒定的弹性系数的中间区域。优选在弹性特征曲线的过零处不应产生间隙。另外最好与温度无关。优选弹性特征曲线在寿命期间或可用期间不应减弱(nachlassen)。
更为有益的是，辅助地采用一些方法，用于避免减震特征曲线的最小增益在相应的中间位置不需要的超前，所述超前会不需要地恶化径向刚性。最后有益地实现分解成径向和扭转的弹性作用。
实际上，可使用在弹簧、特别是钢质弹簧、塑料弹簧等范围内的相应的实施例。其中可以采用钢质弹簧、塑料弹簧、具有包封塑料的钢质弹簧、钢-弹性体复合减震器和在终端位置具有大的级数的钢质弹簧形式的设计方案，以便设计减震元件。
附图说明
下面对照附图详细说明实施例和变型方案。其中相同或相同作用的部件分别标有相同的附图标记。特别是为了避免重复，在说明不同的实施方式时，针对于未改变的部件和功能，引用在其它实施方式范围内的说明。图中示出：
图1为根据第一实施方式的齿轮装置的分解图；
图2示出这种装置的第二减震元件；
图3为带有改型的第二减震元件的第二实施方式的分解图；
图4示出这种改型的减震元件；
图5为第二改型的实施方式的分解图；
图6示出该进一步改型的实施方式的相应的第二减震元件；
图7为这种齿轮装置的侧剖视图；
图8示出不同减震元件的或减震元件组合的四个举例的弹性特征曲线；和
图9示出根据现有技术的电的转向装置的各个部件。
具体实施方式
图1示出作为中心部件的中心的齿轮的齿圈31。在齿圈31的内侧开设有用于插入传动轴2的穿孔。另外，在穿孔和外侧的齿圈31之间的部段中设有特别是设计成齿圈凹口37或齿圈裂隙的部分，其用于嵌接或插入法兰32的和必要时另一法兰33的法兰部件。因此齿圈31是一种结构复杂的部件，而不仅仅是外部的圆周区域的构造。
在优选的实施方式中，法兰32的和所述另一法兰33的中心的旋转轴线与齿圈31的轴线X重合。在齿轮的两个相对的侧面的组装状态下，法兰32和另一法兰33通过它们的相应的法兰部件相互嵌接。传动轴穿过法兰32的和所述另一法兰33的相应的穿孔，并与法兰32和/或所述另一法兰33处于旋转的作用连接，用于在作为一方的法兰32和另一法兰33与作为另一方的传动轴之间传递转矩。
为了使法兰32和所述另一法兰33与齿圈31耦合，以及为了在它们之间传递转矩，一方面在法兰32和齿圈31之间和另一方面在另一法兰33和齿圈31之间分别装有第一减震元件34和第二减震元件35。两个减震元件34、35由基本为环形的、具有在外侧径向突出的凸起的部段构成。这些凸起嵌入到相应的齿圈凹口37中，并用于在传动轴或齿圈31旋转的情况下传递转矩。其中第一减震元件34由高弹性材料、例如橡胶制成，并用于减震。相反，第二减震元件35由具有不同弹性和强度的较坚固的材料构成。优选第二减震元件35由金属、特别是弹簧钢制成，或者由注塑的塑料制成。
图8示出示例性的弹性特征曲线。左上方示出所希望的理想的减震特征曲线或弹性特征曲线h。右上方示出在使用两个这种第一减震元件34时产生的弹性特征曲线h(34)或减震特征曲线。在滞后构成的弹性特征曲线h(34)的换向点u的区域中可清楚地看到水平的曲线。但在这种齿轮装置中，如以前一样由于该水平的曲线产生噪声以及其它所述缺点。
左下方示出弹性特征曲线h(35)，其在理想情况下呈直线上升形状。这种弹性特征曲线h(35)可通过由硬的弹性元件制成的、理想的弹性的弹簧得到。但这种硬的弹簧装置起不到足够的减震作用。
但令人意想不到的是，呈连续倾斜形状的弹性特征曲线h也可以在换向点u得到，其方式为，在这种齿轮装置中组合第一减震元件34以及第二减震元件35作为减震器。该组合导致在图8右下方所示的弹性特征曲线h，其明显近似于所希望的弹性特征曲线。
图2放大地示出根据第一实施方式的第二减震元件35。在安装结束状态下嵌入到齿圈31的相应的齿圈凹口37中的多个凸起36朝着径向外侧从优选连续环绕地构成的环形的部段40突出。为了实现防止旋转地嵌入到齿圈31的和/或所述另一法兰33的相应的结构中，环形的部段40具有凹口44，这些凹口在所示的方案中从外侧部分地伸入到环形的部段40中并且矩形地构成。
环形的部段40优选为狭窄的部分圆筒形结构。
优选的凸起36分别由从环形的部段40径向延伸的弹性元件41和在其外侧端部上的横向部段42构成，从而凸起36呈T形。相应的横向部段42在此优选相互间隔，且平行于环形部段40的外圆周。根据特别优选的设计方案，横向部段34在外侧过渡至端部部段43，该端部部段34向后地或者径向反向地重新朝着环形部段40的方向延伸。
特别地，借助图2所示的第二减震元件35可以特别简单地制成塑料注塑件。
第二实施方式借助图3和4示出。该实施方式的示例性的第二减震元件35°同样由基本为环形的部段40°构成，在该实施方式中，从环形的部段40°形成径向朝内的凸起36°。环形的部段40°在此由垂直于旋转轴线延伸的面状部件构成，且可以侧向地靠到齿圈31的侧壁上。
凸起36°在由板或钢板形成时可通过第一步骤中的冲裁和在另一制造步骤中的弯曲以简单的方式形成。凸起36°在此同样由第一径向延伸的弹性元件41构成，但该弹性元件在朝着径向内侧延伸且部分沿着旋转轴线的轴向延伸。径向延伸的弹性元件41在背离环形的部段40°的端部上同样过渡至一横向部段42°，从而产生基本为T形的形状。但相应的横向部段42°的两个旁侧部段是弯曲的，从而它们的外侧的端部的至少部分的方向分量平行于旋转轴线的方向。由此，弯曲的横向部段42°可插入到相应的齿圈凹口37中。
环形的部段40°优选同样具有凹口44°，这些凹口44°被设计用于固定在齿圈和/或相邻的另一法兰33上。这些凹口44°在此例如为孔，这些孔平行于旋转轴线穿过环形的部段40的材料。
借助图5和6再次示出另一实施方式。在该实施方式中，第二减震元件35＊由相互固定的多个单独部件构成。本体同样是优选圆筒形状的环形的部段40＊。凸起36＊同样径向向外。凸起36＊同样由在外侧径向延伸的弹性元件41＊构成，该弹性元件例如由折叠板制成。各个肋在此彼此相邻地在外侧沿着径向延伸。代替单个折叠的板，也可以设置多个单独的径向向外延伸的肋。对这种径向延伸的弹性元件41＊的固定可以在环形的部段40＊上以简单的方式如下进行：连接部段一方面在外侧固定地容纳径向延伸的弹性元件41＊，另一方面与环形的部段40固定连接，例如从旁侧套接到该环形的部段40上。
在外侧，一个或多个径向延伸的弹性元件41优选同样过渡至横向部段42＊，其中该横向部段具有特别优选重新沿着径向往回延伸的端部部段43＊。而环形体40＊和径向延伸的弹性元件41＊优选由金属材料、特别是钢、例如弹簧钢制成，用于连接径向延伸的弹性元件41＊和环形部段40＊的连接件46＊以及外侧的横向部段42＊及其端部部段43＊优选由硬的塑料制成。这些塑料部件在此特别是通过压塑来制成，必要时甚至在压塑的情况下固定地容纳金属部件。
例如，可以附加地在环形部段40＊上装有弯曲的部段或塑料部段作为连接部段，其嵌入到特别是所述另一法兰33的相应的配合件或凹口中。
图7为组装的齿轮装置的剖视图，其中在左侧示出第二减震元件35形式的弧形延伸的弹性元件的剖视图。相反，在相对的右侧示出环形的橡胶弹性的第一减震元件34的两个部段的剖视图。
除了所示的实施方式外，还可以采用其它以不同方式结构化的实施方式。特别是也可以对各个部件进行组合设计和对所示的以及其它可采用的实施方式进行组合设计。除了设有两种独立的减震元件作为弹性的弹性元件和特别是金属的弹性元件外，还可以考虑必要时具有唯一的减震元件的组合构造，其中第一和第二减震元件的不同的特性通过相应的组合设计来提供。通常，可以使用一方面由金属制成另一方面由塑料制成的不同元件的组合。

Claims (16)

1.一种电的转向装置，具有由一齿圈(31)、至少一个第一法兰(32)以及至少一个将所述齿圈(31)和第一法兰(32)耦合的减震器构成的齿圈装置，其中所述减震器具有第一减震元件(34)和第二减震元件(35；35°；35＊)，第一减震元件和第二减震元件分别具有不同的弹性，其特征在于，所述第一减震元件(34)和所述第二减震元件(35；35°；35＊)构成为两个独立的部件，其中所述第一减震元件设置在所述齿圈(31)和所述第一法兰(32)之间，所述第二减震元件(35；35°；35＊)设置在所述齿圈(31)和一第二法兰(33)之间。
2.如权利要求1所述的电的转向装置，其中所述第一减震元件(34)具有非直线的第一弹性特征曲线(h(34))，所述第二减震元件(35；35°；35＊)具有直线的或近似直线的第二弹性特征曲线(h(35))。
3.如权利要求1或2所述的电的转向装置，其中所述第一减震元件(34)由塑料构成并且所述第二减震元件(35)由金属构成。
4.如权利要求2所述的电的转向装置，其中所述第一减震元件(34)设计成具有径向弹性的并且被设置用于引起所述第一减震元件(34)在所述齿圈(31)的齿部中无间隙的夹紧。
5.如权利要求2所述的电的转向装置，其中所述第二减震元件(35；35°；35＊)由弯曲的弹性板构成。
6.如权利要求2所述的电的转向装置，其中所述第二减震元件(35；35°；35＊)由环形的部段(40；40°；40＊)和凸起(36；36°；36＊)构成，其中这些凸起从所述环形的部段(40；40°；40＊)沿着径向伸入所述齿圈(31)的齿圈凹口(37)中。
7.如权利要求6所述的电的转向装置，其中所述凸起(36；36＊)构成为T形。
8.如权利要求7所述的电的转向装置，其中所述凸起(36；36＊)由径向延伸的弹性元件(41；41°；41＊)和在径向外侧横向延伸地置于所述弹性元件上的横向部段(42；42＊)构成。
9.如权利要求6至8中任一项所述的电的转向装置，其中所述凸起(36＊)设置在所述环形的部段(40＊)上。
10.如权利要求6所述的电的转向装置，其中所述凸起(36°)构成为由沿着所述齿圈(31)和所述至少一个第一法兰(32)的轴向方向(X)注塑或弯曲的部段(43°)。
11.如权利要求3所述的电的转向装置，其中所述第二减震元件(35；35°；35＊)由钢构成。
12.如权利要求2所述的电的转向装置，其中所述第二减震元件(35；35°；35＊)构造成金属弹簧，其在凸起径向伸入到齿圈凹口中的终端位置时的级数大于第一减震元件。
13.如权利要求6所述的电的转向装置，其中所述环形的部段(40；40°；40＊)是闭合的连续环形的。
14.如权利要求6所述的电的转向装置，其中所述凸起(36；36＊)构成为具有径向往回延伸的端部部段(42；42＊)的T形。
15.如权利要求9所述的电的转向装置，其中所述凸起(36＊)牢固固定在所述环形的部段(40＊)上。
16.如权利要求12所述的电的转向装置，其中所述第二减震元件(35；35°；35＊)构造成钢质弹簧。
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