CN111263720A - 用于机动车辆的转向柱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的机电式动力转向系统，该动力转向系统包括蜗杆轴(13)，该蜗杆轴(13)可以由电动机驱动并且该蜗杆轴(13)与联接至转向轴的蜗轮啮合。蜗杆轴(13)以可旋转的方式安装在轴承(15)中，该轴承(15)具有能够安装在保持器(4)中的至少一个轴承套圈(16)，该保持器(4)可以相对于蜗轮移动。为了提出根据本发明的具有改进的保持器的机电式动力转向系统，该保持器具有更高的尺寸稳定性和增加的刚度，该保持器(4)具有由塑料制成的主体(41)，该主体(41)作为注射模制部件被注射模制到轴承套圈(16)上。

Description

用于机动车辆的转向柱

背景技术

本发明涉及一种用于机动车辆的机电式动力转向系统，该机电式动力转向系统包括下述蜗杆轴：该蜗杆轴可以由电动机驱动并且该蜗杆轴与联接至转向轴的蜗轮啮合，其中，该蜗杆轴以可旋转的方式安装在下述轴承中：该轴承具有至少一个轴承套圈，所述轴承套圈被配装在可以相对于蜗轮移位的保持器中。

在机动车辆的助力转向系统中，除了作为转向指令由驾驶员通过配装至输入侧的方向盘引入到转向轴中的手动转向扭矩之外，附加的辅助扭矩也耦合到转向柱中，以便辅助用于车轮的转向角的手动转向扭矩。

在通用的机电式动力转向系统中，手动转向扭矩借助于扭矩传感器例如通过对结合在转向轴的输入轴与输出轴之间的旋转杆的相对扭矩进行测量而被测量。根据测量的转向扭矩，在电子控制单元中确定必要动力辅助，并且电子致动式驱动器相应地被致动。该致动驱动器具有用于产生辅助扭矩的电动机，该辅助扭矩耦合到转向轴中。

根据通用类型，辅助扭矩通过蜗轮机构而耦合到转向轴中，该蜗轮机构具有下述蜗杆轴：该蜗杆轴联接至电动机的电机轴并且该蜗杆轴接合在蜗轮中。蜗轮以共同旋转的方式连接至转向轴、例如连接至输出轴，该输出轴通常连接至转向机构的转向小齿轮，在该转向机构中，转向小齿轮接合在下述齿条中：该齿条将转向轴的旋转转换成横拉杆的平移运动并且因此转换成转向轮的转向锁定。

为了增加运行平稳性并且尽可能避免在由转向运动而引起的载荷变化期间产生噪声，已知的是，在齿接合的方向上将转向轴相对于蜗轮弹性地预加载。在现有技术中，例如在DE 10 2014 110 306 A1中描述了这种布置。在DE 10 2014 110 306 A1中，蜗杆轴在其远离电机的端部处以旋转的方式安装在下述轴承中：该轴承被容纳在保持器中，形成轴承的外部部分的轴承套圈以共同旋转的方式配装在该保持器中。保持器以可移位的方式配装在蜗轮机构中，使得轴承套圈可以沿朝向蜗轮的齿部的方向移动，由此，蜗杆轴可以被预加载成以无间隙的方式啮合在蜗轮的齿部中。例如，可以设置作用在保持器上并将蜗杆轴在无间隙的情况下弹性地压靠蜗轮的齿部的弹簧作为加载元件。

在已知的实施方式中，形成为滚动轴承的轴承的外轴承套圈被插入到保持器的接纳开口中并且以力配合的方式被固定。为了产生足够牢固的轴承座，必需将接纳开口形成为是固有弹性的、或者在轴承套圈与保持器之间引入弹性地挠性的中间元件。在此的缺点是尺寸稳定性受到限制、轴承与保持器的连接的刚度相对较低、以及有害的长期稳定性，这会导致不期望的间隙和噪声。此外，组装很复杂。

鉴于上面所阐述的问题，本发明的目的是提供一种开头所提到的类型的转向系统，该转向系统具有改进的保持器，该改进的保持器具有更高的尺寸稳定性和增大的刚度。

发明内容

该目的通过根据权利要求1中所要求保护的动力转向系统而实现。从从属权利要求可以得出有利的改进方案。

根据本发明，用于机动车辆的动力转向系统包括下述蜗杆轴：该蜗杆轴可以由电动机驱动，该蜗杆轴与联接至转向轴的蜗轮啮合，其中，该蜗杆轴以可旋转的方式安装在轴承中，该轴承具有至少一个轴承套圈，所述至少一个轴承套圈可以被安装在可以相对于蜗轮移动的保持器中，提出的是，该保持器具有由塑料制成的主体，该主体作为注射模制部件被注射模制到轴承套圈上。

根据本发明的保持器的主体形成为由热塑性材料例如聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)等制成的注射模制部件，这允许精确的形状和尺寸的合理生产。根据本发明，轴承套圈——例如滚动轴承的外滚道——在以通过用塑料包覆模制的注射模制方法进行的生产期间被结合到保持器中。为此目的，滚道被定位在注射模具的型腔中，随后将该型腔用熔融塑料填充。在冷却之后，在塑料与轴承套圈之间产生了特别耐久的整体式连接，该整体式连接在滚动轴承的情况下通常由钢制成。该连接可以另外地由在其包覆模制表面的区域中具有形状配合元件的轴承套圈以形状配合的方式构造，所述形状配合元件在包覆模制期间被塑料熔体封围并且以形状配合的方式被嵌置在塑料体中。所述形状配合元件可以例如通过折边、加肋或开槽来生产、或者通过以材料去除或非材料去除的方式所引入的其他轮廓部来生产。

根据本发明的包覆模制允许将轴承套圈精确地定位在保持器中，这与现有技术中通常的后续组装相比具有生产成本较低的优点。

另一优点在于，该连接与现有技术中已知的冲压连接相比具有更高的强度和刚度。此外，在转向装置的使用寿命内，该连接长期稳定。

优选地，主体可以形成为下述偏心杆：该偏心杆具有枢转轴承，该枢转轴承的枢轴轴线与轴承的轴线相距一定距离。这种偏心杆或枢转杆通过枢转轴承以可旋转的方式安装在动力转向系统的相对于蜗轮固定的部分上，并且这种偏心杆或枢转杆允许绕枢轴轴线进行枢转运动，这意味着轴承套圈可以沿蜗轮的齿部的方向移动并且因此安装于轴承中的蜗杆轴可以沿蜗轮的齿部的方向移动。

枢轴轴线可以大致平行于蜗杆轴的轴线布置。蜗杆轴和枢转轴承的轴承轴线相对于可能与转向轴轴线相同的蜗轮轴线横向对准的事实意味着：蜗杆轴可以为了齿部接合而大致平行地移位，实际上在轴承中没有或仅有微小的角度偏移。

可以作出如下设置：枢转轴承具有模制在主体上的轴承元件。该轴承元件可以是例如轴承孔，该轴承孔可以以单件形成在作为注射模制部件所生产的主体中。在轴承孔中可以以可旋转的方式布置有轴承销，以形成枢转轴承。该轴承销可以以滑动的方式被直接支承在主体的塑料材料中。长期平稳运行的安装可以例如通过由钢、有色金属或塑料制成的轴承销而实现，该轴承销被安装在主体的热塑性聚合物中，这意味着因在操作期间产生的轻微枢转运动所导致的轴承运动确保了在长期中较小的磨损和可靠性。替代性地，能够设想到并且可能的是，将附加的轴承元件——例如由与主体的塑料不同的材料制成的滑动轴承或滚动轴承的轴承衬套或轴承套圈——注射模制到主体上。就生产而言，这可以在注射模制期间的一个操作中被执行，如在蜗杆轴的轴承的轴承套圈中的那样。

有利的是，在轴承与枢转轴承之间的区域中布置有至少一个注射点。通过注射点的位置，可以在注射模制期间预先定义型腔在塑料熔体的注射期间的填充并且因此预先定义流动前沿的传播，这允许对塑料部件的工件性能进行基于生产的优化。在根据本发明的主体中，在注射的轴承套圈和枢转轴承的区域中都尽可能最均匀的塑料填充是有利的。这可以通过位于轴承与枢转轴承之间的注射点的填充中的类似长度的流动路径来完成。

注射模制到主体上的轴承套圈可以形成被形成为滚动轴承的轴承的外圈，该滚动轴承具有以滚动方式布置在外圈与内圈之间的滚动元件。该滚动轴承可以作为完整的结构元件提供并且作为一个整体进行包覆模制，使得外圈连接至主体。

本发明的有利的实施形式将保持器设置成具有向外突出的阻尼器元件，该阻尼器元件由与注射模制部件的塑料不同的弹性体形成。该阻尼器元件被布置在主体的外侧上，并且该阻尼器元件可以例如相对于轴承径向向外突出，以便将保持器支承在相对于蜗杆轴固定的部分上、例如支承在容纳蜗杆轴和蜗轮的齿轮机构壳体上。弹性体优选地具有弹性并且比主体的聚合物材料更软，并且弹性体允许对保持器进行机械阻尼式支承。因此，有害的振动可以被减弱，这增加了运行平稳性。

优选地，阻尼器元件被注射模制到主体上。阻尼器元件由热塑性弹性体形成的事实意味着，该阻尼器元件可以在双组分注射模制过程中被注射模制到主体上。因此，主体与阻尼器元件之间的耐久的整体式连接以合理的方式建立。

阻尼器元件被注射到主体的凹形凹部中的事实确保了精确且明确的相对定位。此外，还另外地产生了稳定且特别耐久的形状配合连接。

优选地，蜗杆轴和蜗轮被布置在齿轮机构壳体中，保持器以可移动的方式安装在该齿轮机构壳体上。齿轮机构壳体用于齿轮机构元件——其在此为蜗杆轴和与该蜗杆轴啮合的蜗轮——的相对安装。实际上，蜗杆轴远离电机的安装可以被执行于下述保持器的轴承中：该保持器例如可以形成为枢转杆，该枢转杆附接至齿轮机构壳体，使得该枢转杆可以绕枢轴轴线枢转。保持器在齿轮机构壳体上的替代的或另外的安装同样能够设想并可能为例如绕附加枢轴轴线进行。此外，齿轮机构壳体可以包括蜗杆轴的靠近于电机的安装件例如滚动安装件、以及用于电动机的支架，该电动机可以在其电机轴与蜗杆轴同轴的情况下法兰连接在齿轮机构壳体上。蜗轮优选地以可绕转向轴轴线旋转的方式安装在齿轮机构壳体中。

下述预加载元件可以作用在保持器上：该预加载元件可以沿蜗轮的方向弹性地预加载保持器。所使用的预加载元件可以例如是弹簧，该弹簧被支承在齿轮机构壳体上并且该弹簧作用在保持器上，使得该弹簧的弹簧力沿蜗轮的方向弹性地加载蜗杆轴的轴承。

附图说明

下面通过利用附图将更详细地阐释本发明的有利的实施形式，在附图中：

图1以示意性立体图示出了用于机动车辆的动力转向系统；

图2以示意图并且在没有壳体的情况下示出了根据图1的动力转向系统的驱动器；

图3示出了根据图2的动力转向系统的示意性局部视图；

图4以沿轴承轴线方向的轴向视图示出了根据图1至图3的动力转向系统的保持器；

图5以相反的轴向视图示出了根据图1至图3的动力转向系统的保持器。

具体实施方式

在各个附图中，相同的部件总是设置有相同的附图标记，并且因此通常也仅分别被命名或提及一次。

图1示出了附接至转向轴2的动力转向系统1，该转向轴2以可绕其纵向轴线L、即转向轴轴线旋转的方式安装。转向轴2在后转向轴部分21中共同旋转但可以沿纵向轴线L的方向调整，如双箭头所示，以便沿纵向方向对附接至固定部分22的在此未图示的方向盘进行调整。

动力转向系统具有齿轮机构壳体11，该齿轮机构壳体11在图2和图3的分解图中已经被省掉。在齿轮机构壳体11中，以共同旋转的方式连接至转向轴2的蜗轮12以可绕纵向轴线L旋转的方式安装。蜗杆轴13与蜗轮12的齿部啮合以形成蜗轮机构。

蜗杆轴13以可绕轴线A、即蜗轮轴线旋转的方式安装在齿轮机构壳体11中，并且蜗杆轴13可以由法兰连接在齿轮机构壳体11上的电动机3以旋转的方式驱动。电动机13具有下述电机轴：该电机轴经由联轴器31以共同旋转的方式联接至蜗杆轴13，该联轴器31包括两个联接部件。为此目的，蜗杆轴13具有筒形轴承衬套，联接部件被插入到该筒形轴承衬套中。在靠近电机的一侧，邻近于联轴器31的蜗杆轴11被安装在轴承14中，该轴承14优选地是滚动轴承，该轴承14被容纳在壳体11中。在齿轮机构壳体11与靠近于电机的轴承装置14之间可以设置有密封元件230，该密封元件230被布置在轴承装置14的与联接部件邻近的一侧或者被布置在轴承装置14的两侧。滚动轴承14包括内圈、滚动元件、以及外圈。滚动元件在介于内圈与外圈之间的凹槽中延伸。外圈相对于旋转轴线被容纳在枢转套圈33中。在外周向侧，外圈具有球形表面，该球形表面凸形地弯曲并且该球形表面相对于枢转套圈33上的接触表面形成接触表面。枢转套圈33的该接触表面呈凹形地弯曲，使得外圈能够作为可枢转轴承元件在枢转套圈33中绕垂直于蜗杆轴轴线A定位的枢轴轴线枢转。处于未加载状态的枢轴轴线居中地穿过轴承装置14延伸，使得两个弹簧元件34被枢轴轴线22在中央穿透。因此，与例如通过蜗杆轴13的远离电机的一侧上的预加载装置施加的可调节预加载相比，弹簧元件34仅产生小于5％的范围内的较小的力。在远离电机的端部处，蜗杆轴13被安装在保持器4中，该保持器4形成为枢转杆并且在图3至图5的图示中更详细地进行阐释。

图3的分解图示表明，在蜗杆轴13的远离电机的一侧上布置有轴承15，该轴承优选地形成为滚动轴承、例如形成为深沟球轴承，并且该轴承具有外部轴承套圈16。轴承15被配装在保持器4中，以便能够相对于蜗轮12移位。

保持器4具有主体41，该主体41形成为由热塑性聚合物制成的注射模制部件。如图4和图5中可以看到的，轴承套圈16通过包覆模制而连接至主体41，图4和图5示出了沿轴线A的相反轴向方向的轴向视图。

在保持器4的主体41中形成有枢转轴承42，该枢转轴承42具有在枢轴轴线S的方向上连续的轴承开口。枢轴轴线S以大致平行于轴线A且相距距离r、即枢转半径的方式延伸。

在枢转轴承42中，保持器4以可绕轴承销43旋转的方式安装，该轴承销43附接至与壳体连接的轴承盖17。因此，如图4和图5中所图示的，轴承15可以通过绕枢轴轴线S枢转枢轴角度α而朝向纵向轴线L移动，该轴承15通过对轴承套圈16进行包覆模制而被固定在主体41中并且该轴承15的轴线A与枢轴轴线S相距由距离r所限定的枢转半径。因此，蜗杆轴13可以沿与可以绕纵向轴线L旋转的蜗轮12进行齿接合的方向移动。

在轴承销43上布置有弹簧5，该弹簧5形成为支腿弹簧。弹簧5由一个支腿被支撑在齿轮机构壳体11上，另一支腿以弹簧力置于保持器4上，并且沿纵向轴线L的方向对枢转轴承的容纳轴承15的臂部进行加载。因此，蜗杆轴13被弹性加载成与蜗轮12的齿部啮合没有间隙。

轴承套圈16被主体41的热塑性聚合物包覆模制。为此，轴承15被布置在主体41的注射模具的型腔中，塑料熔体通过布置于注射点44处的喷嘴被注射到该注射模具中。如在图5中可以清楚地看到的，注射点44被布置在主体41中且被布置在轴承套圈16与枢转轴承42之间、例如布置在大致中央，如在所示出的实施方式中的那样。这确保了轴承套圈16被塑料均匀地包覆模制，并且此外，由于熔体的短的流动路径，因此枢转轴承42可以以低的制造公差注射模制。

在主体41的外部上布置有阻尼器元件45。该阻尼器元件45是平坦的或如图5中所图示的凸形的，并且该阻尼器元件45形成为与蜗杆轴轴线A成直角。

阻尼器元件45由下述热塑性弹性体制成：该热塑性弹性体比主体41的聚合物更软且更具弹性。为了将主体41连接至阻尼器元件45，主体41具有呈圆柱形盲孔的形式的凹形凹部46。在所示出的示例中，在凹部46的壁中布置有两个注射开口47，用于形成阻尼器元件45的弹性体材料通过所述开口以熔融形式被注射到注射模具中。因此，阻尼器元件45通过注射模制与主体41一体地并以形状配合的方式连接在凹部45中。阻尼器元件45与由塑料制成的大致筒形的预加载元件48配合。预加载元件48通过保持器4将预加载力径向地预加载至蜗杆轴13，由此，蜗杆轴13沿蜗轮12的方向被迫压，这有助于改善蜗杆轴13与蜗轮12之间的接合。能够设想到并且可能的是，预加载元件48被直接注射模制到保持器4的凹部46中并且因此形成阻尼器元件。该阻尼器元件是大致筒形的，并且该阻尼器元件相对于纵向轴线L从主体41径向向外延伸、具体而言是相对于纵向轴线L沿相反的方向延伸，如图4中示意性示出的。

在安装状态下，预加载元件48在与齿啮合相反的方向上被支承在齿轮机构壳体11上，并且由于可靠地减弱了振动而确保了较高的运行平稳性。

借助于根据本发明的通过注射模制而连接至主体41的轴承套圈16，实现了轴承15与保持器4的长期稳定且刚性的附接。同样被注射模制到保持器4上的阻尼器元件45在整个使用寿命内牢固且可靠地连接至该保持器。

附图标记列表

1 动力转向系统

11 壳体

12 蜗轮

13 蜗杆轴

14 轴承

15 轴承

16 轴承套圈

17 轴承盖

2 转向轴

21 转向轴部分

22 固定部分

3 电动机

31 联轴器

32 密封元件

33 枢转套圈

34 弹簧元件

4 保持器

41 主体

42 枢转轴承

43 轴承销

44 注射点

45 阻尼器元件

46 凹部

48 预加载元件

5 弹簧

L 纵向轴线

A 轴线(蜗杆轴轴线)

S 枢轴轴线

r 距离

α 枢轴角度

Claims (11)

1.一种用于机动车辆的机电式动力转向系统(1)，所述动力转向系统(1)包括蜗杆轴(13)，所述蜗杆轴(13)能够由电动机(3)驱动并且所述蜗杆轴(13)与联接至转向轴(2)的蜗轮(12)啮合，其中，所述蜗杆轴(13)以可旋转的方式安装在轴承(15)中，所述轴承(15)具有至少一个轴承套圈(16)，所述至少一个轴承套圈(16)被配装在能够相对于所述蜗轮(12)移位的保持器(4)中，

其特征在于，

所述保持器(4)具有由塑料制成的主体(41)，所述主体(41)作为注射模制部件被注射模制到所述轴承套圈(16)上。

2.根据权利要求1所述的动力转向系统(1)，其特征在于，所述主体(41)形成为偏心杆，所述偏心杆具有枢转轴承(42)，所述枢转轴承(42)的枢轴轴线(S)与所述轴承(15)的轴线(A)相距一定距离(r)。

3.根据权利要求2所述的动力转向系统(1)，其特征在于，所述枢轴轴线(S)大致平行于所述蜗杆轴(13)的轴线(A)布置。

4.根据权利要求2所述的动力转向系统(1)，其特征在于，所述枢转轴承(42)具有注射模制到所述主体(41)上的轴承元件。

5.根据权利要求2所述的动力转向系统(1)，其特征在于，在所述轴承(15)与所述枢转轴承(42)之间的区域中布置有至少一个注射模制点(44)。

6.根据前述权利要求中的一项所述的动力转向系统(1)，其特征在于，所述轴承套圈(16)形成被形成为滚动轴承的所述轴承(15)的外圈。

7.根据前述权利要求中的一项所述的动力转向系统(1)，其特征在于，所述保持器(4)具有向外突出的阻尼器元件(45)，所述阻尼器元件(45)由与所述注射模制部件的塑料不同的弹性体形成。

8.根据权利要求7所述的动力转向系统(1)，其特征在于，所述阻尼器元件(45)被注射模制到所述主体(41)上。

9.根据权利要求8所述的动力转向系统(1)，其特征在于，所述阻尼器元件(45)被注射模制到所述主体(41)的凹形凹部(46)中。

10.根据前述权利要求中的一项所述的动力转向系统(1)，其特征在于，所述蜗杆轴(13)和所述蜗轮(12)被布置在齿轮机构壳体(11)中，所述保持器(4)以可移动的方式安装在所述齿轮机构壳体(11)上。

11.根据前述权利要求中的一项所述的动力转向系统(1)，其特征在于，沿所述蜗轮(12)的方向弹性地预加载所述保持器(4)的预加载元件(5)作用在所述保持器(4)上。

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