DE102012011798B4

DE102012011798B4 - Servolenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs mit Kugelumlaufspindel-Getriebe

Info

Publication number: DE102012011798B4
Application number: DE102012011798.1A
Authority: DE
Inventors: Grégory Guillard
Original assignee: JTEKT Europe SAS
Current assignee: JTEKT Europe SAS
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2032-06-16
Also published as: DE102012011798A1

Abstract

Servolenksystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zum Übertragen einer Unterstützungskraft mit einer Kugelumlaufspindel (8), wobei das Servolenksystem Folgendes umfasst: – eine Zahnstange (3), die gleitend in einem Gehäuse (2) angebracht ist, wobei die zwei Enden der Zahnstange (3) außerhalb des Gehäuses (2) liegen und über Spurstangen mit gelenkten Rädern des Kraftfahrzeugs ver- bunden sind, – einen Unterstützungsmotor (6), der auf die Zahnstange (3) über die Vorrichtung zum Übertragen der Unterstützungskraft mit der Kugelumlaufspindel (8) wirkt, die zur Zahn- stange (3) koaxial ist und die einen Zahnstangenabschnitt (10) mit Außengewinde (14), der einen Kreislauf von Kugeln (15) bildet, einschließt, – Dichtungsmittel (17, 18), die zwischen dem Gehäuse (2) und der Zahnstange (3) angeordnet sind, wobei die Dichtungsmittel (17, 18) auf der axial äußeren Seite der Kugelumlaufspindel (8) ein ringförmiges Dichtungsmittel (18) umfassen, das zwischen dem Gehäuse (2) und dem Zahnstangenabschnitt (10) mit Außengewinde (14) angebracht ist, wobei das ringförmige Dichtungsmittel (18) innen ein Drehteil (20) mit schraubenförmiger Gestaltung (19) aufweist, das mit mindestens einem Gewindegang des Zahnstangenabschnitts (10) zusammenwirkt, und das ringförmige Dichtungsmittel (18) außen ein Lager (22) umfasst, das die Drehung des Drehteils (20) mit schraubenförmiger Gestaltung (19) um die Zahnstange (3) ermöglicht, während dieses Drehteil (20) in einer in Bezug auf das Gehäuse (2) festen Ebene gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehteil (20) außen eine ringförmige Nut (21) aufweist, in die das Lager (22) eingesetzt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Servolenksystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Lenksystem umfasst einen mechanischen Teil mit einem Lenkrad, das rotatorisch mit einer Lenksäule verbunden ist, deren vom Lenkrad entferntes Ende ein Lenkritzel in Eingriff mit einer Zahnstange trägt, die longitudinal gleitend in einem Lenkgehäuse angebracht ist, das aus zwei oder mehreren Teilen bestehen kann. Die zwei Enden der Zahnstange, die außerhalb des Gehäuses liegen, sind über Spurstangen mit dem rechten bzw. dem linken gelenkten Rad des Fahrzeugs verbunden.
Ein derartiges Lenksystem kann eine Unterstützung zum Verstärken der manuellen Kraft, die vom Fahrer des Fahrzeugs auf das Lenkrad ausgeübt wird, umfassen. Die Unterstützung kann von einem Unterstützungselektromotor und über ein Untersetzungsgetriebe auf die Lenksäule oder auf das Lenkritzel oder auch direkt auf die Zahnstange wirken.
In diesem letzteren Fall wirkt die Unterstützung auf die Zahnstange entweder über ein zweites Ritzel in Eingriff mit dieser Zahnstange oder über eine Übertragungsvorrichtung mit Kugelumlaufspindel, die zur Zahnstange koaxial ist.
Die vorliegende Erfindung wendet sich dem Fall einer derartigen Übertragung durch eine Kugelumlaufspindel zu, die das vom Unterstützungsmotor gelieferte Drehmoment in eine Translationsbewegung der Zahnstange umwandelt, wobei eine Längskraft die Orientierung der Räder des Fahrzeugs für einen Lenkeinschlag nach rechts oder nach links und eine Rückführung der Räder in eine neutrale Position unterstützt.
Die Übertragungsvorrichtung mit Kugelumlaufspindel umfasst in bekannter Weise:

– einen Ring, der koaxial einen Abschnitt der Zahnstange umgibt und mit dem Unterstützungsmotor gekoppelt ist, wobei der Ring mit einem Innengewinde versehen ist,
– den Zahnstangenabschnitt, der mit einem Außengewinde versehen ist,
– einen Satz von Kugeln, die mit dem Innengewinde des Rings und mit dem Außengewinde der Zahnstange in Eingriff stehen.

Die Kugeln sind in einem geschlossenen Kreislauf eingeschlossen, der ihre Rückführung ermöglicht.
Als Beispiel eines Servolenksystems, das sich auf eine solche Übertragungsvorrichtung mit Kugelumlaufspindel bezieht, wird auf das deutsche Patentdokument DE 10 2008 041 335 A1 verwiesen. Eine gattungsgemäße Übertragungsvorrichtung ist aus dem Dokument JP S63-53058 U bekannt.
Um die Dichtheit eines Lenksystems sicherzustellen, werden gewöhnlich Balge verwendet, wobei diese an den Enden des Lenkgehäuses befestigt sind und die Enden der Zahnstange und die Kugelgelenke der Spurstangen bedecken. So angeordnet garantieren die Balge im Prinzip die Dichtheit zwischen den Spurstangen, die bewegliche Teile sind, und dem Gehäuse, das ein fester Teil ist. Sie schützen folglich die Kugelgelenke sowie alle im Inneren des Systems gelegenen Elemente, einschließlich des Unterstützungsmoduls, vor einem eventuellen Wassereintritt.
Da sie mehreren mechanischen und thermischen Angriffen im Verlauf der Lebensdauer des Fahrzeugs ausgesetzt sind, können jedoch die Balge beschädigt werden, was folglich einen unerwünschten Eintritt von Wasser in das Lenksystem beispielsweise bei einem Durchfahren durch Wasser ermöglicht.
Der Eintritt von Wasser in das Innere des Lenksystems kann selbst alle Arten von mehr oder weniger schwerwiegenden Störungen herbeiführen: Korrosion der ungeschützten metallischen Elemente, Blockierung der Übertragungsorgane wie Riemen und Getriebe durch das Gefrieren des Wassers, das in das System eingedrungen ist, elektrischer Kurzschluss im Rechner, der zum Unterstützungsmotor gehört, usw.
Somit ist es zweckmäßig, insbesondere das Unterstützungsmodul zu schützen, wenn dieses direkt mit der Zahnstange verbunden ist. Insbesondere ist das Hinzufügen von zusätzlichen Dichtungsmitteln, die auf beiden Seiten des Unterstützungsmoduls angeordnet sind, zu empfehlen, um die Dichtheit der Elemente zur Übertragung des Drehmoments oder der Unterstützungskraft auf die Zahnstange selbst im Fall eines Ausfalls der Balge zu garantieren.
Im Fall einer Übertragung der Unterstützungskraft durch eine Kugelumlaufspindel besteht die angetroffene Schwierigkeit darin, diese zusätzliche Dichtheit nicht nur an einem vollständig zylindrischen und glatten Zahnstangenabschnitt, sondern auch um den ganzen Abschnitt, der mit einem Außengewinde hergestellt ist, um den Weg der Kugeln auszubilden, zu verwirklichen.
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt folglich, eine Lösung für diese Dichtheit zu liefern, die an den nicht glatten Zahnstangenabschnitt im Fall einer Vorrichtung zur Übertragung mit Kugelumlaufspindel angepasst ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Servolenksystem für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Somit kann eine vollständige Dichtheit auf beiden Seiten des Unterstützungsmoduls erhalten werden, indem eine einfache ringförmige Lippendichtung auf der glatten Seite der Zahnstange und das ringförmige Dichtungsmittel, wie vorstehend definiert, das um den Gewindeabschnitt der Zahnstange angebracht ist, kombiniert werden, wobei sich dieses Mittel an die Konfiguration dieses Zahnstangenabschnitts anpasst, während die Translationsbewegung der Zahnstange ermöglicht wird.
Obwohl das Drehteil mit schraubenförmiger Gestaltung direkt drehbar angebracht sein kann, sieht eine vorteilhafte Ausführungsform vor, dass das ringförmige Dichtungsmittel außen ein Lager umfasst, das die Drehung des Drehteils mit schraubenförmiger Gestaltung um die Zahnstange ermöglicht, während dieses Drehteil in einer in Bezug auf das Gehäuse festen Ebene gehalten wird.
Das innere Drehteil mit schraubenförmiger Gestaltung des ringförmigen Dichtungsmittel ist vorteilhafterweise aus Elastomer oder aus Kautschuk hergestellt, wobei dieses Material die gewollte Dichtheit in Kontakt mit mindestens einem Gewindegang des Gewindeabschnitts der Zahnstange sicherstellt.
Hinsichtlich des Lagers, das die Drehung des inneren Drehteils mit schraubenförmiger Gestaltung ermöglicht, ist dieses vorteilhafterweise als ringförmiges Teil mit guten Gleiteigenschaften aus einem Material der Gattung PTFE (Polytetrafluorethylen) hergestellt.
Das so gebildete Lager kann direkt im Gehäuse angebracht sein. Als Variante ist dieses Lager von einem Dichtungsring umgeben. Somit sind sowohl die Dichtheit als auch die reibungslose Drehung für die Montage des inneren Drehteils mit schraubenförmiger Gestaltung im Gehäuse garantiert.
In jedem Fall wird die Erfindung mit Hilfe der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügte schematische Zeichnung gut verstanden, die als Beispiel eine Ausführungsform dieses Servolenksystems und insbesondere ihre Vorrichtung zur Übertragung der Unterstützungskraft durch eine Kugelumlaufspindel darstellt.
1 ist eine äußere Gesamtansicht eines Servolenksystems mit einem elektrischen Unterstützungsmodul,
2 ist eine teilweise Schnittansicht des Servolenksystems von 1 im Bereich seines Unterstützungsmoduls,
3 ist eine perspektivische Ansicht, die den Gewindeabschnitt der Zahnstange und das zugehörige ringförmige Dichtungsmittel zeigt,
4 ist eine perspektivische Ansicht dieses Dichtungsmittels allein,
5 ist eine Vorderansicht des Dichtungsmittels von 4,
6 ist eine Schnittansicht dieses Dichtungsmittels gemäß VI-VI von 5 in vergrößertem Maßstab.
Mit Bezug zuerst auf die 1 und 2 wird daran erinnert, dass ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs ein Gehäuse 2 mit langgestreckter Form umfasst, in dem in Längsrichtung gleitend eine Zahnstange 3 angebracht ist. Jedes Ende der Zahnstange 3, das sich an der Außenseite des Gehäuses 2 befindet, ist durch ein Kugelgelenk 4 mit einer Spurstange (nicht dargestellt) verbunden, die selbst mit einem rechten oder linken gelenkten Rad des Fahrzeugs verbunden ist. Eine Eingangswelle 5, an die sich die Lenksäule (nicht dargestellt) anschließt, treibt das Lenkritzel (nicht dargestellt) in Eingriff mit den Zähnen der Zahnstange 3 rotatorisch an.
Da es sich um eine Servolenkung handelt, umfasst diese ein Unterstützungsmodul M. Dieses umfasst seinerseits einen Unterstützungsmotor, im vorliegenden Fall einen Elektromotor 6, der parallel zum Gehäuse 2 angeordnet ist und durch ein mechanisches Untersetzungsgetriebe 7 mit einer Vorrichtung mit Kugelumlaufspindel 8 verbunden ist, die die Unterstützungskraft auf die Zahnstange 3 überträgt.
In an sich bekannter Weise ist die Vorrichtung mit Kugelumlaufspindel 8 koaxial zur Zahnstange 3 angeordnet und sie umfasst insbesondere einen Ring 9, der einen Zahnstangenabschnitt 10 koaxial umgibt.
Der Ring 9 ist im Gehäuse 2 über ein Kugellager 11 drehbar angebracht, wobei dieser Ring 9 eine Außenverzahnung 12 für seinen rotatorischen Antrieb durch das Untersetzungsgetriebe 7 durch den Elektromotor 6 umfasst. Der Ring 9 umfasst auch innen ein Gewinde 13.
Der Zahnstangenabschnitt 10, der vom Ring 9 umgeben ist, umfasst ein Außengewinde 14. Kugeln 15 stehen gleichzeitig mit schraubenförmigen Nuten, die durch die Gewindegänge des Gewindes 13 des Rings 9 begrenzt sind, und mit den schraubenförmigen Nuten, die durch die Gewindegänge des Außengewindes 14 des Zahnstangenabschnitts 10 begrenzt sind, in Eingriff. Diese Kugeln 15 beschreiben einen geschlossenen Kreislauf, der auch einen Kanal zur Rückführung der Kugeln umfasst.
Auf beiden Seiten des Unterstützungsmoduls M sind Dichtungsmittel 17, 18 vorgesehen, die vom Gehäuse 2 getragen sind.
Die Dichtungsmittel 17, 18 umfassen auf der Seite des zylindrischen glatten Abschnitts 16 der Zahnstange 3 eine ringförmige Lippendichtung mit klassischer Konfiguration, die mit 17 symbolisiert ist.
Diese Dichtungsmittel 17, 18 umfassen auf der entgegengesetzte Seite, das heißt auf der Höhe der Vorrichtung mit Kugelumlaufspindel 8, um den Zahnstangenabschnitt 10 mit Außengewinde 14 ein spezielles ringförmiges Dichtungsmittel 18, das in 2 symbolisiert ist, aber in 3 bis 6 detailliert dargestellt ist.
Das ringförmige Dichtungsmittel 18 weist innen eine schraubenförmige Gestaltung 19 auf, die zum Zusammenwirken mit einem Gewindegang des Zahnstangeabschnitts 10 mit Außengewinde 14 entworfen ist. Die schraubenförmige Gestaltung 19 gehört zu einem ringförmigen Drehteil 20 des Dichtungsmittels 18, das aus Elastomer oder aus Kautschuk oder aus einem ähnlichen Material hergestellt ist, das einen dichten Kontakt mit dem mit Außengewinde 14 versehenen Zahnstangenabschnitt 10 trotz der Unregelmäßigkeiten der Zahnstange 3, wie Formdefekten und Maßtoleranzen sowie ihrer eventuellen radialen Verformungen und Verlagerungen, sicherstellen kann.
Das Drehteil 20 des Dichtungsmittels 18 weist außen eine ringförmige Nut 21 auf, in die ein Lager 22 eingesetzt ist, das aus einem ringförmigen Teil, aus einem Material der Gattung PTFE (Polytetrafluorethylen) oder dergleichen mit guten Gleiteigenschaften, gebildet ist. Das Lager 22 ist in das Gehäuse 2 eingesetzt und in der Längsrichtung fixiert.
Somit wird das ringförmige Dichtungsmittel 18 global in einer in Bezug auf das Gehäuse 2 festen Ebene gehalten. Dennoch kann sich sein ringförmiges Drehteil 20 frei drehen, um sich auf dem mit Außengewinde 14 versehenen Zahnstangenabschnitt 10 ”schrauben” zu können und die Translationsbewegung der Zahnstange 3 zu ermöglichen, wobei diese Bewegung über die Vorrichtung mit Kugelumlaufspindel 8 verliehen wird (vom Gesichtspunkt der Unterstützung).
Die hier beschriebenen Dichtungsmittel 17, 18 ergänzen die klassischen Balge, die nicht dargestellt sind, die an jedem Ende des Lenkgehäuses 2 angegliedert sind und die jedes Kugelgelenk 4 umgeben.
Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die vorstehend als Beispiel beschriebene einzige Ausführungsform; sie umfasst im Gegenteil alle Ausführungsvarianten, die dasselbe Prinzip wahren. Deshalb kann insbesondere für das ringförmige Dichtungselement 18 auf andere Materialien oder auf andere Detailformen, beispielsweise mit einer längeren schraubenförmigen Gestaltung, zurückgegriffen werden, die mehr als einem Gewindegang des mit Gewinde versehenen Zahnstangenabschnitts entspricht. In diesem Zusammenhang kann das Lager 22 insofern wahlfrei sein, als das ringförmige Drehteil 20 mit schraubenförmiger Gestaltung so angebracht werden kann, dass seine Drehung direkt sichergestellt wird.

Claims

Servolenksystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zum Übertragen einer Unterstützungskraft mit einer Kugelumlaufspindel (8), wobei das Servolenksystem Folgendes umfasst: – eine Zahnstange (3), die gleitend in einem Gehäuse (2) angebracht ist, wobei die zwei Enden der Zahnstange (3) außerhalb des Gehäuses (2) liegen und über Spurstangen mit gelenkten Rädern des Kraftfahrzeugs ver- bunden sind, – einen Unterstützungsmotor (6), der auf die Zahnstange (3) über die Vorrichtung zum Übertragen der Unterstützungskraft mit der Kugelumlaufspindel (8) wirkt, die zur Zahn- stange (3) koaxial ist und die einen Zahnstangenabschnitt (10) mit Außengewinde (14), der einen Kreislauf von Kugeln (15) bildet, einschließt, – Dichtungsmittel (17, 18), die zwischen dem Gehäuse (2) und der Zahnstange (3) angeordnet sind, wobei die Dichtungsmittel (17, 18) auf der axial äußeren Seite der Kugelumlaufspindel (8) ein ringförmiges Dichtungsmittel (18) umfassen, das zwischen dem Gehäuse (2) und dem Zahnstangenabschnitt (10) mit Außengewinde (14) angebracht ist, wobei das ringförmige Dichtungsmittel (18) innen ein Drehteil (20) mit schraubenförmiger Gestaltung (19) aufweist, das mit mindestens einem Gewindegang des Zahnstangenabschnitts (10) zusammenwirkt, und das ringförmige Dichtungsmittel (18) außen ein Lager (22) umfasst, das die Drehung des Drehteils (20) mit schraubenförmiger Gestaltung (19) um die Zahnstange (3) ermöglicht, während dieses Drehteil (20) in einer in Bezug auf das Gehäuse (2) festen Ebene gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehteil (20) außen eine ringförmige Nut (21) aufweist, in die das Lager (22) eingesetzt ist.
Servolenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Drehteil (20) aus Elastomer oder aus Kautschuk hergestellt ist, um die Dichtheit in Kontakt mit dem mindestens einen Gewindegang des Zahnstangenabschnitts (10) sicherzustellen.
Servolenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (22), das die Drehung des inneren Drehteils (20) mit schraubenförmiger Gestaltung (19) ermöglicht, als ringförmiges Teil mit guten Gleiteigenschaften aus einem Material der Gattung PTFE (Polytetrafluorethylen) hergestellt ist.
Servolenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (22) von einem Dichtungsring umgeben ist.
Servolenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmittel (17) auf der Seite des zylindrischen glatten Abschnitts (16) der Zahnstange (3) auch eine ringförmige Lippendichtung umfassen.