DE102010003471A1 - Steering gear e.g. ball screw drive steering gear, for motor car, has steering rod driven by steering shaft and displaceably guided along axles by radial bearings, where bearings are arranged such that bending load of rod is minimized - Google Patents

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Abstract

The gear has a steering rod driven by a steering shaft (15) and displaceably guided along axles by two radial bearings (13) i.e. slide bearings. The radial bearings are arranged such that the bending load of the steering rod is minimized. The radial bearings support an end of the steering rod in a region of a pivot point of steering tie rods (9, 10). The radial bearings are formed by supporting pistons (6, 7) that are moved in an axial direction with the steering rod. The steering rod is surrounded between pipes (4, 5) by bellows (17).

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe mit einer Lenkstange nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.The invention relates to a steering gear with a handlebar according to the preamble of the first claim.

Zum bekannten Stand der Technik wird auf die EP 1 386 827 B1 verwiesen. Hier wird ein Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge beschrieben, dessen Querträger unmittelbar durch das Gehäuse eines Zahnstangen-Lenkgetriebes gebildet wird. Ein solches Gehäuse ist sehr massiv ausgebildet und über die Spurstangen werden sehr große Kräfte, insbesondere ein Biegemoment, auf die Zahnstange übertragen.The known prior art is on the EP 1 386 827 B1 directed. Here, a subframe for motor vehicles is described, the cross member is formed directly by the housing of a rack-and-pinion steering gear. Such a housing is very solid and over the tie rods very large forces, in particular a bending moment, transmitted to the rack.

In Fahrzeuglenkungen werden heutzutage fast ausschließlich Zahnstangen- oder Kugelgewindetrieblenkgetriebe verwendet. Diese Lenkgetriebe umfassen eine Zahn- oder eine Kugelgewindestange, die längs ihrer Achse verschiebbar in einem Gehäuse geführt ist und ein Ritzel, das mit einem gezahnten Bereich der Zahnstange kämmt oder eine Kugelgewindemutter, die, verdrehbar im Gehäuse gelagert, von einer Lenkwelle angetrieben, die Kugelgewindestange verschiebt. Das Ritzel oder die Kugelgewindemutter stehen dazu über die Lenkwelle mit einem Lenkrad in Verbindung. Die beiden axialen Enden der Zahn- oder Kugelgewindestange ragen aus dem Gehäuse heraus und sind jeweils über ein Kugelgelenk mit einer Spurstange verbunden, die mit einem Fahrzeugrad gekoppelt ist.In vehicle steering today almost exclusively rack or ball screw steering gear are used. These steering gears comprise a toothed or ball screw slidably guided in a housing along its axis and a pinion meshing with a toothed portion of the rack or a ball screw nut rotatably supported in the housing driven by a steering shaft, the ball screw rod shifts. The pinion or the ball screw nut are on the steering shaft with a steering wheel in conjunction. The two axial ends of the toothed or Kugelgewindestange protrude out of the housing and are each connected via a ball joint with a tie rod which is coupled to a vehicle wheel.

Ritzel oder Kugelgewindemutter liegen, in Richtung der Zahn- oder Kugelgewindestange betrachtet, meist näher an einem Ende des Gehäuses als am anderen Ende. Die axial verschiebliche Lagerung und Führung der Zahn- oder Kugelgewindestange erfolgt gewöhnlich an zwei Punkten im Gehäuse, zum einen am ritzel- oder gewindemutterfernen Ende des Gehäuses und zum anderen direkt am Angriffspunkt des Ritzels, wo die Zahnstange von einem Druckstück in Richtung des Ritzel beaufschlagt wird oder durch die Gewindemutter. Durch diese Zweipunktlagerung sind die Zahn- oder Kugelgewindestange statisch bestimmt gelagert, was zur Leichtgängigkeit der Lenkung beiträgt, jede weitere Lagerstelle würde zu einer statischen Überbestimmtheit und somit möglicherweise zu Verspannungen führen.Pinion or ball screw nut, viewed in the direction of the toothed or ball screw, are usually closer to one end of the housing than at the other end. The axially displaceable mounting and guiding of the toothed or ball screw rod usually takes place at two points in the housing, on the one hand at the pinion or threaded nut distal end of the housing and the other directly at the point of the pinion, where the rack is acted upon by a pressure piece in the direction of the pinion or through the threaded nut. This two-point bearing the toothed or Kugelgewindestange statically determined, which contributes to the smooth running of the steering, each additional bearing point would lead to a static over-determination and thus possibly to tension.

Ein Problem bei dieser Anordnung ist nicht nur der relativ große Abstand zwischen der Lagerstelle am Ritzel oder an der Kugelgewindemutter und dem Angriffspunkt der Spurstänge am ritzelnahen Ende der Zahn- oder Kugelgewindestange, sondern auch die über die Spurstange zu übertragenden Kräfte an sich. Da diese Kräfte, welche in die Spurstange bzw. von der Spurstange in die Zahn- oder Kugelgewindestange eingeleitet werden, in der Regel auch eine Komponente aufweisen, die nicht in Längsrichtung der Zahn- oder Kugelgewindestange verläuft, führt dies zu einer großen Biegebelastung, die auf die Zahn- oder Kugelgewindestange wirkt. Damit das Spurstangengelenk am Ende der Zahn- oder Kugelgewindestange beim Lenken nicht am Lenkgetriebegehäuse anschlägt, muss die Zahn- oder Kugelgewindestange weit und frei kragend aus dem Gehäuse herausragen. Bei Volleinschlag des Lenkrads ist die Zahn- oder Kugelgewindestange mit mehr als dem doppelten Stangenhub aus ihrer Mittelstellung ausgelenkt.A problem with this arrangement is not only the relatively large distance between the bearing point on the pinion or the ball screw nut and the point of the track rod at the pinion end of the toothed or ball screw rod, but also the forces to be transmitted via the tie rod per se. Since these forces, which are introduced into the tie rod or from the tie rod in the toothed or ball screw rod, usually also have a component that does not extend in the longitudinal direction of the toothed or ball screw rod, this leads to a large bending load on the toothed or ball screw rod acts. So that the tie rod joint at the end of the toothed or ball screw rod does not strike against the steering gear housing when steering, the toothed or ball screw rod must protrude far and freely cantilevered out of the housing. When the steering wheel is fully engaged, the toothed or ball screw rod is deflected out of its middle position by more than twice the rod stroke.

Eine weitere extreme Biegebeanspruchung tritt beispielsweise dann auf, wenn bei einer Betätigung der Lenkung der Reifen, zum Beispiel durch einen Bordstein, in seiner Lenkbewegung blockiert ist. Die Dimensionierung des Lenkgetriebes wird maßgeblich von derartigen extremen Biegelastfällen beeinflusst.Another extreme bending stress occurs, for example, when in an operation of the steering of the tire, for example, by a curb, is blocked in its steering movement. The dimensioning of the steering gear is significantly influenced by such extreme bending load cases.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Gewicht des Lenkgetriebes zu reduzieren.The object of the present invention is to reduce the weight of the steering gear.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der abhängigen Ansprüche.The object is achieved with the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments are content of the dependent claims.

Nach der Erfindung ist ein Lenkgetriebe für ein Kraftfahrzeug, mit einer von einer Lenkwelle angetriebenen Lenkstange, die längs ihrer Achse mindestens durch zwei Lager verschiebbar geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager Radiallager, insbesondere Gleitlager, und so angeordnet sind, dass eine Biegebeanspruchung der Lenkstange minimiert wird.According to the invention, a steering gear for a motor vehicle, with a steering shaft driven by a steering rod, which is slidably guided at least by two bearings along its axis, characterized in that the bearing radial bearings, in particular sliding bearings, and are arranged so that a bending stress of Handlebar is minimized.

Das hat den Vorteil, dass das Lenkgetriebe besonders leicht gebaut werden kann. Werden die auf die Spurstange wirkenden Kräfte und Momente direkt im Bereich des Spurstangenlagers durch Fahrwerk, Karosserie oder Achsträger abgestützt, wird das Biegemoment an der Lenkstange minimiert und diese kann Gewicht sparend entsprechend filigran ausgeführt werden. Nachfolgend dann noch weitere Bauteile, wie zum Beispiel das Gehäuse.This has the advantage that the steering gear can be built very easily. If the forces and moments acting on the tie rod are supported directly in the area of the tie rod bearing by chassis, body or axle, the bending moment is minimized on the handlebar and this can be performed correspondingly filigree weight saving. Below then other components, such as the housing.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass je ein Radiallager jeweils ein Ende der Lenkstange im Bereich einer Anlenkung einer Spurstange abstützt. Auf diese Weise ist es konstruktiv sehr einfach möglich, das Biegemoment, das sonst die Lenkstange belasten würde, über das Radiallager je nach Ausführungsform in das Fahrwerk, die Karosserie oder den Achsträger einzuleiten. Wird als Lenkstange eine Zahnstange eingesetzt, wirken die abzustützenden Kräfte im Fahrzeugkoordinatensystem in X- und in Z-Richtung. Wenn anstatt der Zahnstange eine Kugelgewindestange als Lenkstange verwendet wird, wirken auf diese nur noch Kräfte in Y-Richtung. Dadurch kann die Lenkstange auf Knickung ausgelegt werden und ein leichtes dünnwandiges Rohr verwendet werden.A preferred embodiment of the invention is characterized in that one radial bearing each supports one end of the handlebar in the region of an articulation of a tie rod. In this way it is structurally very simple possible to initiate the bending moment, which would otherwise burden the handlebar, via the radial bearing depending on the embodiment in the chassis, the body or the axle. If a rack is used as the handlebar, the forces to be supported act in the vehicle coordinate system in the X and Z directions. If a ball screw rod is used as a steering rod instead of the rack, only forces in the Y direction will act on it. This can the handlebars are designed to buckle and a lightweight thin-walled tube can be used.

Bevorzugt kann jedes Radiallager durch einen Stützkolben gebildet werden, der sich in axialer Richtung mit der Lenkstange mit bewegt. Wenn dann dieser Stützkolben durch ein Rohr geführt wird, das am Fahrwerk oder an der Karosserie, insbesondere am Achsträger, befestigt ist, hat das den Vorteil, dass das Lenkgetriebe nur noch aus zwei Führungsrohren besteht, die zum Beispiel am Vorderachsträger befestigt oder integriert sind, insbesondere ist an einem linken und einem rechten Achsträgerlängsholm jeweils ein Rohr so angebracht, dass beide Rohre die selbe Mittenachse besitzen. Alternativ kann auch ein durchgängiges Rohr als mittragendes Bauteil des Vorderachsträgers vorgesehen sein.Preferably, each radial bearing can be formed by a support piston, which moves in the axial direction with the handlebar. If then this support piston is passed through a tube which is fixed to the chassis or to the body, in particular on the axle, this has the advantage that the steering gear only consists of two guide tubes, which are attached or integrated, for example, on the front axle, In particular, in each case a tube is attached to a left and a right axle longitudinal bar so that both tubes have the same center axis. Alternatively, a continuous tube can be provided as a co-supporting component of the front axle.

Bei der Ausführung mit zwei Rohren, kann dann die Lenkstange zwischen den Rohren von einem Faltenbalg umgeben sein, der die Rohre miteinander verbindet.In the case of the two-pipe version, the steering rod between the pipes can then be surrounded by a bellows which connects the pipes to one another.

Weitere vorteilhafte Merkmale gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor, wobei in den beiden beigefügten Figuren dieselbe erfindungsgemäße Lenkeinrichtung gezeigt ist und gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind. 1 zeigt eine teilweise aufgeschnittene räumliche Ansicht eines Vorderachsträgers mit einem Lenkgetriebe entsprechend der Erfindung. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 im Bereich des Lenkgetriebes.Further advantageous features will become apparent from the following description of an embodiment, wherein in the two accompanying figures, the same inventive steering device is shown and like elements are identified by the same reference numerals. 1 shows a partially cutaway three-dimensional view of a front axle with a steering gear according to the invention. 2 shows an enlarged section 1 in the area of the steering gear.

In 1 ist ein Vorderachsträger 1 eines Kraftfahrzeugs dargestellt, an dem an einem linken und einer rechten Achsträgerlängsholm 2, 3 jeweils am Rohr 4, 5 so angebracht ist, dass beide Rohre 4, 5 die selbe Mittenachse besitzen. Jedes dieser Rohre 4, 5 führt einen Stützkolben 6, 7 als Radiallager einer Kugelgewindestange 8 eines Kugelgewindetriebes, die sich zwischen den Stützkolben 6, 7 erstreckt und diese verbindet. Mittig in jedem Stützkolben 6, 7 ist jeweils über ein Kugelgelenk 11, 12 eine Spurstange 9, 10 gelagert. Vom Kugelgelenk 11, 12 ausgehend erstreckt sich jede Spurstange 9, 10 nach außen durch das jeweilige Rohr 4, 5 hindurch zum nicht gezeichneten Radträger hin. An einem der Rohre 4 ist über ein weiteres Radiallager 13 eine Kugelgewindemutter 14 verdrehbar gelagert, die, über eine Lenkwelle 15 mit einer Kegelrad 18 antreibbar, mit einem nicht gezeichneten Lenkrad in Verbindung steht. Kugeln 16 zwischen Kugelgewindemutter 14 und Kugelgewindestange 8 dienen der Kraftübertragung zur Bewegungswandlung der Drehbewegung der Kugelgewindemutter 14 in eine Längsverschiebung der Kugelgewindestange 8 und damit der Stützkolben 6, 7 und der Spurstangen 9, 10 zurm Einschlagen der nicht gezeichneten Fahrzeugräder.In 1 is a front axle carrier 1 a motor vehicle shown, on which at a left and a right Achsträgerlängsholm 2 . 3 each on the pipe 4 . 5 so attached, that both pipes 4 . 5 have the same center axis. Each of these pipes 4 . 5 leads a support piston 6 . 7 as a radial bearing of a ball screw rod 8th a ball screw, located between the support piston 6 . 7 extends and connects them. Center in each support piston 6 . 7 is each about a ball joint 11 . 12 a tie rod 9 . 10 stored. From the ball joint 11 . 12 Starting from each tie rod extends 9 . 10 out through the pipe 4 . 5 through to not shown wheel carrier out. On one of the pipes 4 is about another radial bearing 13 a ball screw nut 14 rotatably mounted, which, via a steering shaft 15 with a bevel gear 18 drivable, with a not drawn steering wheel is in communication. roll 16 between ball screw nut 14 and ball screw rod 8th serve the power transmission to the motion conversion of the rotational movement of the ball screw nut 14 in a longitudinal displacement of the ball screw rod 8th and thus the support piston 6 . 7 and the tie rods 9 . 10 zurm driving the not shown vehicle wheels.

Zwischen den Rohren 4, 5 ist die Kugelgewindestange 8 von einem Faltenbalg 17 umgeben, der die Rohre 4, 5 miteinander verbindet und so mit diesen und zwei weiteren, nicht gezeichneten, nur durch Pfeile 17 angedeuteten Faltenbälgen, die jeweils an der Außenseite der Rohre 4, 5 und an den Spurstangen 6, 7 angebracht sind, ein sehr leichtes Gehäuse des Lenkgetriebes bildet. Aufgrund dessen, dass die von den Spurstangen 9, 10 ausgehenden Kräfte, siehe Pfeile Fx, Fz, und Momente, mit Ausnahme der Längskraft, Pfeil Fy, auf die Kugelgewindestange 8, über die Kugelgelenke 11, 12 in die Stützkolben 6,7 und von diesen über die Rohre 4, 5 direkt von den Achsträgerlängsholmen 2, 3 abgestützt werden, kann das Lenkgetriebe sehr filigran und leicht gebaut werden, da die Biegebeanspruchung der Kugelgewindestange 8 minimiert wird. Außerdem kann das Lenkgetriebe auch einfach in den Vorderachsträger 1, insbesondere schon bei dessen Herstellung, integriert werden. Es genügt, dass die Rohre 4, 5 am Vorderachsträger 1, zum Beispiel gleich mit dessen Herstellung, integriert werden.Between the pipes 4 . 5 is the ball screw rod 8th from a bellows 17 Surrounded by the pipes 4 . 5 connects with each other and so with these and two other, not drawn, only by arrows 17 indicated bellows, each on the outside of the tubes 4 . 5 and at the tie rods 6 . 7 are attached, forms a very light housing of the steering gear. Because of that of the tie rods 9 . 10 outgoing forces, see arrows Fx, Fz, and moments, except for the longitudinal force, arrow Fy, on the ball screw rod 8th , about the ball joints 11 . 12 in the support pistons 6 . 7 and of these over the pipes 4 . 5 directly from the axle cross members 2 . 3 be supported, the steering gear can be very delicate and easy to build, as the bending stress of the ball screw rod 8th is minimized. In addition, the steering gear can also easily in the front axle 1 , especially during its manufacture, are integrated. It is enough that the pipes 4 . 5 on the front axle 1 , for example, immediately with its production, integrated.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1386827 B1 [0002] EP 1386827 B1 [0002]

Claims (7)

Lenkgetriebe für ein Kraftfahrzeug, mit einer von einer Lenkwelle (15) angetriebenen Lenkstange, die längs ihrer Achse mindestens durch zwei Lager verschiebbar geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager Radiallager, insbesondere Gleitlager, und so angeordnet sind, dass eine Biegebeanspruchung der Lenkstange minimiert wird.Steering gear for a motor vehicle, with one of a steering shaft ( 15 ) driven steering rod which is slidably guided at least by two bearings along its axis, characterized in that the bearing radial bearings, in particular sliding bearings, and are arranged so that a bending stress of the handlebar is minimized. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Radiallager jeweils ein Ende der Lenkstange im Bereich einer Anlenkung einer Spurstange (9, 10) abstützt.Steering gear according to claim 1, characterized in that depending on a radial bearing in each case one end of the handlebar in the region of an articulation of a tie rod ( 9 . 10 ) is supported. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radiallager durch Stützkolben (6, 7) gebildet werden, die sich in axialer Richtung mit der Lenkstange mitbewegen.Steering gear according to one of the preceding claims, characterized in that the radial bearings by supporting piston ( 6 . 7 ) are formed, which move in the axial direction with the handlebar. Lenkgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützkolben (6, 7) durch Rohre (4, 5) geführt werden, die am Fahrwerk oder an der Karosserie, insbesondere am Achsträger (1), befestigt sind.Steering gear according to claim 3, characterized in that the support piston ( 6 . 7 ) through pipes ( 4 . 5 ) are guided on the chassis or on the body, in particular on the axle ( 1 ) are attached. Lenkgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einem linken und einem rechten Achsträgerlängsholm (2, 3) jeweils ein Rohr (4, 5) so angebracht ist, dass beide Rohre (4, 5) die selbe Mittenachse besitzen.Steering gear according to claim 4, characterized in that on a left and a right Achsträgerlängsholm ( 2 . 3 ) one pipe each ( 4 . 5 ) is mounted so that both tubes ( 4 . 5 ) have the same center axis. Lenkgetriebe nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkstange zwischen den Rohren (4, 5) von einem Faltenbalg (17) umgeben ist, der die Rohre (4, 5) miteinander verbindet.Steering gear according to one of claims 4 or 5, characterized in that the steering rod between the tubes ( 4 . 5 ) of a bellows ( 17 ) surrounding the pipes ( 4 . 5 ) connects to each other. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkstange eine Zahnstange einer Zahnstangenlenkung oder eine Kugelgewindestange (8) eines Kugelgewindetriebs ist.Steering gear according to one of the preceding claims, characterized in that the steering rod a rack of a rack and pinion steering or a ball screw ( 8th ) is a ball screw.
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