DE102012103598B4

DE102012103598B4 - Steering gear housing with integrated sliding block function

Info

Publication number: DE102012103598B4
Application number: DE102012103598.9A
Authority: DE
Inventors: Jens-Hauke Müller; Simon von Styp Rekowski
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2022-01-27
Anticipated expiration: 2032-04-25
Also published as: DE102012103598A1

Abstract

Zahnstangenlenkung (10) für Kraftfahrzeuge mit einem drehbar gelagerten Lenkritzel, das über eine Verzahnung in eine Zahnstange derart eingreift, dass eine Drehung des Lenkritzels zu einer Verschiebung der Zahnstange in Richtung ihrer Längsachse führt, wobei weiterhin ein Gleitstein vorgesehen ist, auf welchen ein Federelement (20) eine Federkraft aufbringt und der die Zahnstange in Richtung des Lenkritzels drängt, dadurch gekennzeichnet, dass das des Federelement (20) aus einem Wandbereich des Gehäuses (12) gebildet ist.Rack and pinion steering (10) for motor vehicles with a rotatably mounted steering pinion, which engages in a toothed rack in such a way that rotation of the steering pinion leads to a displacement of the toothed rack in the direction of its longitudinal axis, a sliding block also being provided, on which a spring element ( 20) applies a spring force and which pushes the toothed rack in the direction of the steering pinion, characterized in that the spring element (20) is formed from a wall area of the housing (12).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses einer Zahnstangenlenkung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 13. gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses einer Zahnstangenlenkung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 13.The present invention relates to a rack and pinion steering for motor vehicles according to the preamble of patent claim 1 and a method for producing a housing of a rack and pinion steering according to the preamble of patent claim 13. according to the preamble of patent claim 1 and a method for producing a housing of a rack and pinion steering according to the preamble of patent claim 13.

Eine gattungsgemäße Zahnstangenlenkung ist beispielsweise aus der US 6 119 540 A , der DE 43 02 309 A1 oder der DE 10 107 740 A1 bekannt.A generic rack and pinion steering is, for example, from U.S. 6,119,540 A , the DE 43 02 309 A1 or the DE 10 107 740 A1 known.

Derartige Zahnstangenlenkungen werden seit langem in der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt. Bei Zahnstangenlenkungen wird allgemein das Lenkdrehmoment ausgehend vom Lenkrad über eine Lenksäule und einem Lenkritzel in die Lenkung eingeleitet. Das Lenkritzel steht dabei in Eingriff mit einem gezahnten Abschnitt der Zahnstange und wandelt die Drehbewegung des Lenkrades in eine Linearbewegung zur Verschwenkung der gelenkten Räder um.Rack and pinion steering systems of this type have long been used in automotive engineering. In the case of rack and pinion steering systems, the steering torque is generally introduced into the steering system, starting from the steering wheel, via a steering column and a steering pinion. The steering pinion is in engagement with a toothed section of the rack and converts the rotational movement of the steering wheel into a linear movement for pivoting the steered wheels.

Das Lenkritzel und die Zahnstange sollen stets im Eingriff miteinander stehen und dabei nur ein geringes oder sogar kein Spiel aufweisen. Hierzu ist auf der dem Lenkritzel abgewandten Seite der Zahnstange üblicherweise ein so genannter Gleitstein vorgesehen, der unter Vorspannung (Federvorspannung) die Zahnstange in Richtung des Ritzels drängt. Dies ist notwendig, da während der Drehung des Lenkritzels die Zahnstange und das Lenkritzel auseinander getrieben werden und da aufgrund von Herstellungstoleranzen die Längsausrichtung der Zahnstange niemals exakt sein können. Bei Normalbelastung wird also der Gleitstein über die Feder gegen eine ortsfeste Fläche gedrückt und entsprechend bei einem Belastungswechsel wieder zurückgetrieben. Die Bewegung des Gleitsteins ist über die Federlänge und Federkraft einstellbar, es hat sich eine Strecke von etwa 0,05 - 0,2 mm als ausreichend erwiesen.The steering pinion and the rack should always be in engagement with each other with little or no play. For this purpose, a so-called slide block is usually provided on the side of the rack facing away from the steering pinion, which under preload (spring preload) pushes the rack in the direction of the pinion. This is necessary because during rotation of the steering pinion, the rack and pinion are forced apart and because of manufacturing tolerances, the longitudinal alignment of the rack can never be exact. Under normal load, the slide block is pressed against a stationary surface by the spring and is driven back accordingly when the load changes. The movement of the sliding block can be adjusted via the spring length and spring force, a distance of around 0.05 - 0.2 mm has proven to be sufficient.

Der Gleitstein und das zugehörige Federelement sind in einem Gleitsteinturm angeordnet, der derart auf der dem Lenkritzel abgewandten Seite der Zahnstange angeordnet ist.The sliding block and the associated spring element are arranged in a sliding block tower which is arranged in this way on the side of the toothed rack facing away from the steering pinion.

Die Fertigung des Gleitsteinturmes und der zugehörigen Komponenten ist relativ aufwändig und mit entsprechenden Kosten verbunden. Außerdem erhöhen der Gleitsteinturm und die zugehörigen Komponenten die Gesamtmasse der Lenkung und den benötigten Bauraum.The production of the sliding block tower and the associated components is relatively complex and associated with corresponding costs. In addition, the sliding block tower and the associated components increase the total mass of the steering and the required installation space.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge zu schaffen, die die oben genannten Nachteile nicht aufweist. Die Lenkung soll zum einen möglichst verschleißfrei und kostengünstig herstellbar sein, zum anderen soll sie einen möglichst geringen Bauraum einnehmen. Die Aufgabe umfasst weiterhin auch ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses der Zahnstangenlenkung, das die Fertigung einer solchen Zahnstangenlenkung ermöglichtThe object of the present invention is to provide a rack and pinion steering system for motor vehicles which does not have the disadvantages mentioned above. On the one hand, the steering should be as wear-free and inexpensive to produce as possible, and on the other hand it should take up as little space as possible. The task also includes a method for producing a housing for the rack and pinion steering system, which enables the manufacture of such a rack and pinion steering system

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein erfindungsgemäßes Verfahren wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 13 ausgebildet.According to the invention, the object is achieved by the features of patent claim 1. A method according to the invention is formed by the features of claim 13.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, in einem Lenkgetriebe auf den Gleitsteinturm und Teile seiner Komponenten dadurch zu verzichten, dass das Gehäuse selbst bzw. ein Wandbereich des Gehäuses als Federelement ausgebildet ist. Das Stahlgehäuse soll die dynamisch und statisch wirkenden Toleranzen ausgleichen.The basic idea of the invention is therefore to dispense with the sliding block tower and parts of its components in a steering gear by designing the housing itself or a wall area of the housing as a spring element. The steel housing should compensate for the dynamic and static tolerances.

Der Wandbereich des Gehäuses, der als Federelement wirkt, kann vorteilhafterweise durch Schlitzen der Gehäusewand erreicht werden. Möglich ist, dass ein einziger, beispielsweise U-förmiger, C-förmiger oder V-förmiger Schlitz in das Gehäuse eingebracht wird und somit den Wandbereich des Federelements begrenzt, es können aber auch zwei beispielsweise parallel verlaufende Schlitze genutzt werden, die eine zweiseitige Biegelasche ausbilden. Ob eine Ausbildung als Federzunge (z.B. C-förmig, U-förmig oder V-förmig) oder als zweiseitige Biegelasche vorteilhaft ist, hängt unter anderem von den durch das Gehäuse vorgegebenen Rahmenbedingungen, beispielsweise der Form, dem Material, der Wandstärke, dem Packaging oder dem Krafteinleitungspunkt oder der Charakteristik/Kennlinie der zu erzeugenden Anpresskraft des Gehäuses auf den Gleitstein, ab. Neben den beispielhaft aufgeführten Formen und Schlitzverläufen sind somit auch andere Formen und Ausbildungen möglich.The wall area of the housing, which acts as a spring element, can advantageously be reached by slitting the housing wall. It is possible that a single, for example U-shaped, C-shaped or V-shaped slot is made in the housing and thus delimits the wall area of the spring element, but two parallel slots can also be used, for example, which form a two-sided flexible tab . Whether it is advantageous to design it as a spring tongue (e.g. C-shaped, U-shaped or V-shaped) or as a two-sided flexible clip depends, among other things, on the framework conditions specified by the housing, for example the shape, the material, the wall thickness, the packaging or the point at which the force is applied or the characteristics/curve of the pressure force to be generated by the housing on the sliding block. In addition to the forms and slot profiles listed as examples, other forms and configurations are also possible.

Durch Vorspannen der Feder kann die Anpresskraft, mit der die Zahnstange gegen das Lenkritzel gedrückt wird, eingestellt werden. Vorteilhafterweise ist das Federelement, also die Federzunge oder Biegelasche plastisch in Richtung der Zahnstange verformt und ist somit vorgespannt.By preloading the spring, the contact pressure with which the rack is pressed against the steering pinion can be adjusted. Advantageously, the spring element, ie the spring tongue or flexible shackle, is plastically deformed in the direction of the toothed rack and is thus prestressed.

Ein wesentliches Kriterium ist die Auswahl des Gehäusematerials. Als besonders vorteilhaft hat sich Stahl als Fertigungsmaterial erwiesen, da über die Elastizität von Stahl geeignete Federeigenschaften ermöglicht werden.A key criterion is the selection of the housing material. Steel has proven to be particularly advantageous as a manufacturing material, since the elasticity of steel enables suitable spring properties.

Auch die Anordnung des Federelements kann in Abhängigkeit der Gegebenheiten vor Ort oder anderer Restriktionen erfolgen. Die Funktionsausrichtung kann sowohl axial als auch vertikal zur Zahnstangenachse bzw. -ausrichtung erfolgen. Insofern ist es nicht zwangsläufig notwendig, dass die Führung der Zahnstange direkt im gegenüberliegenden Bereich des Ritzels angeordnet sein muss, auch wenn dies in der Regel vorteilhaft ist.The spring element can also be arranged depending on the local conditions or other restrictions. The functional alignment can be both axial and vertical to the rack axis or alignment. In this respect, it is not absolutely necessary for the guide of the toothed rack to be arranged directly in the opposite area of the pinion, even if this is generally advantageous.

Um spezielle Federraten generieren zu können, kann es vorteilhafte sein, zwei oder mehrere Federzungen miteinander zu kombinieren, die dann gemeinsam auf den Gleitstein wirken.In order to be able to generate special spring rates, it can be advantageous to combine two or more spring tongues with one another, which then act together on the sliding block.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante ist die Vorspannkraft über eine Schraube aufbring- und/oder einstellbar. Über das Schraubenanziehmoment ist es möglich, die Krafteinleitung in den Gleitstein zu definieren bzw. einzustellen. Ein wesentlicher Vorteil der Verwendung eines einstellbaren Systems besteht darin, dass es somit möglich ist, die Vorspannkraft zu einem späteren Zeitpunkt neu einzustellen oder zu korrigieren. Entsprechend können anstelle der beispielhaft genannten Schraube auch andere Systeme verwendet werden, die ein Verstellen oder angepasstes elastisches oder plastisches Verformen des Federelements erlauben. Denkbar ist unter anderem ein keilförmiges Element, das über ein Rastsystem eine Verstellung des Federelements ermöglicht. Alternativ kann eine Presse das Federelement über den elastischen Bereich hinaus verformen und so die Vorspannung einstellenIn a particularly advantageous embodiment variant, the pretensioning force can be applied and/or adjusted via a screw. Using the screw tightening torque, it is possible to define or set the introduction of force into the sliding block. A major advantage of using an adjustable system is that it is thus possible to readjust or correct the preload force at a later point in time. Correspondingly, instead of the screw mentioned as an example, other systems can also be used which allow adjustment or adapted elastic or plastic deformation of the spring element. Among other things, a wedge-shaped element is conceivable, which allows an adjustment of the spring element via a latching system. Alternatively, a press can deform the spring element beyond the elastic range and thus adjust the preload

Um Materialbeschädigung und Geräuschentwicklung zu vermeiden kann ein Gleitmedium zwischen dem Federelement des Metallgehäuses und der Stahlzahnstange eingesetzt werden.In order to avoid material damage and noise generation, a lubricating medium can be used between the spring element of the metal housing and the steel toothed rack.

Zur Erleichterung der Montage und um die Wartungen und Instandhaltung zu verbessern, kann das Federelement derart ausgeformt sein, dass der Gleitstein in dieses beispielsweise eingeklipst und somit formschlüssig geführt werden kann. Denkbar ist auch, das Ausformen einer Erhöhung oder Warze und einer entsprechenden Vertiefung bzw. Sicke im Federelement bzw. Gleitstein, um somit eine einfache und geeignete Führung zu erreichen. Die Erhöhung kann entweder am Gleitstein oder am Federelement vorgesehen sein, die entsprechende Vertiefung dann jeweils am anderen Element. Eine unrunde Erhöhung bzw. Vertiefung verhindert darüber hinaus ein Verdrehen des Gleitsteins um seine Längsachse.To facilitate assembly and to improve servicing and maintenance, the spring element can be shaped in such a way that the sliding block can be clipped into it, for example, and can thus be guided in a form-fitting manner. It is also conceivable to form an elevation or wart and a corresponding depression or bead in the spring element or sliding block in order to achieve simple and suitable guidance. The increase can be provided either on the sliding block or on the spring element, and the corresponding depression can then be provided on the other element. A non-round elevation or depression also prevents the sliding block from twisting about its longitudinal axis.

Der Gleitstein kann weiterhin Führungskanten oder weitere Erhebungen aufweisen, die sich exakt in Schlitze eines Führungsrohres, in dem der Gleitstein geführt ist, fügen und somit seine Lage auch gegen Verdrehung sichern.The sliding block can also have guiding edges or other elevations that fit exactly into slots in a guide tube in which the sliding block is guided and thus also secure its position against twisting.

Um ein Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit in das Gehäuse zu verhindern, kann der Schlitz bzw. können die Schlitze, die das Federelement ausbilden und begrenzen, mit geeigneten Mitteln verschlossen werden. Denkbar ist, dass auf den Bereich des Federelements und somit auf die Schlitze eine Art Aufkleber aufgeklebt wird. Dieser besteht aus einem widerstandsfähigen Material und wird mit einem geeigneten Klebstoff verklebt, sodass eine dauerhafte Abdichtung des Schlitzes oder der Schlitze erreicht wird. Für die Haltbarkeit im Außeneinsatz sowie für eine Steigerung der Resistenz gegen Steinschläge kann zusätzlich noch ein schützendes Laminat aufgetragen werden. Ein wesentlicher Vorteil eines solchen Aufklebers besteht in der kostengünstigen Herstellung und Verarbeitung, auch kann er problemlos für Wartungszwecke entfernt werden. Gleichzeitig kann der Aufkleber auch eine Herstellnummer, einen Barcode oder eine Produktionsnummer enthalten.In order to prevent dirt and moisture from penetrating into the housing, the slot or slots that form and delimit the spring element can be closed with suitable means. It is conceivable that a type of sticker is stuck onto the area of the spring element and thus onto the slots. This consists of a resistant material and is glued with a suitable adhesive so that a permanent seal of the slit or slits is achieved. A protective laminate can also be applied for durability in outdoor use and to increase resistance to stone chips. A major advantage of such a sticker is that it is inexpensive to manufacture and process, and it can also be easily removed for maintenance purposes. At the same time, the sticker can also contain a serial number, a barcode or a production number.

Alternativ ist es auch möglich, den Bereich des Federelements bzw. den oder die Schlitze mit einem Metallelement zu verschließen, das auf das Gehäuse aufgeklebt oder mit diesem verschweißt wird.Alternatively, it is also possible to close the area of the spring element or the slot or slots with a metal element that is glued to the housing or welded to it.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Bereitstellung eines geeigneten Gehäuses, in das in einem ein oder im Schlitz oder mehrere Schlitze eingebracht werden, um das Federelement auszubilden. In einem nächsten Verfahrensschritt wird der Wandbereich, der das Federelement ausbildet, verformt, um eine geeignete Vorspannung zu erreichen.The method according to the invention comprises the provision of a suitable housing into which one or more slots are introduced in order to form the spring element. In a next method step, the wall area that forms the spring element is deformed in order to achieve a suitable preload.

Anhand der beiliegenden Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Die dargestellten Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung nur verdeutlichen. Es zeigen:

1: eine Prinzipdarstellung einer ersten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkung,
2: eine Prinzipdarstellung einer zweiten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkung,
3: eine Prinzipdarstellung einer dritten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkung.

The invention is explained in more detail with reference to the attached drawing. The exemplary embodiments shown are only intended to illustrate the invention. Show it:

1 : a schematic representation of a first embodiment of a rack and pinion steering according to the invention,
2 : a schematic representation of a second embodiment variant of a rack and pinion steering system according to the invention,
3 : a schematic representation of a third embodiment variant of a rack and pinion steering system according to the invention.

Die Figuren zeigen in einer vereinfachten Darstellung den maßgeblichen Bereich einer Zahnstangenlenkung 10. Jeweils erkennbar ist ein Gehäuse 12 mit einem angeformten Turmrohr 14. Vom Turmrohr 14 abgehend erstrecken sich im gezeigten Ausführungsbeispiel Hydraulikleitungen 16 zum Gehäuse. Weiterhin ist ein freies Ende 18 des Gehäuses erkennbar.The figures show the relevant area of a rack and pinion steering system 10 in a simplified representation. A housing 12 with a molded turret 14 can be seen in each case. Hydraulic lines extend from the turret 14 in the exemplary embodiment shown 16 to the housing. Furthermore, a free end 18 of the housing can be seen.

Wesentlich ist, dass das Gehäuse 12 keinen Gleitsteinturm aufweist, wie er üblicherweise bei derartigen Lenkungen vorgesehen ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispielen ist ein Federelement 20 durch einen oder zwei Schlitze 22 unmittelbar aus dem Gehäuse 12 selbst geformt. Die 1 und 3 zeigen dabei beispielhaft die Ausformung von Federzungen durch einen U-förmigen oder V-förmigen Schlitz 22, 2 ein als zweiseitige Biegelasche ausgeführtes Federelement 20, gebildet durch zwei parallel verlaufende Schlitze 22. In allen gezeigten Ausführungsbeispielen ist das Federelement 20 aus einem Wandbereich des Gehäuses 12 gebildet. Mittels der Kontur des Federelements 20 ist die Federcharakteristik beeinflussbar, die Figuren zeigen lediglich beispielhafte Ausführungsformen.It is essential that the housing 12 does not have a sliding block tower, as is usually provided in such steering systems. In the exemplary embodiment shown, a spring element 20 is formed directly from the housing 12 itself through one or two slots 22 . the 1 and 3 show an example of the formation of spring tongues through a U-shaped or V-shaped slot 22, 2 a spring element 20 designed as a two-sided flexible tab, formed by two parallel slots 22. In all the exemplary embodiments shown, the spring element 20 is formed from a wall region of the housing 12. The spring characteristic can be influenced by means of the contour of the spring element 20; the figures only show exemplary embodiments.

1 zeigt weiterhin in einer vereinfachten Darstellung ein Abdeckelement 24, dargestellt durch die gestrichelte Linie. Das Abdeckelement 24 kann beispielsweise von außen auf das Gehäuse 12 aufgeklebt oder mit diesem verschweißt sein. 1 FIG. 12 further shows, in a simplified representation, a cover element 24, represented by the dashed line. The cover element 24 can, for example, be glued onto the housing 12 from the outside or welded to it.

Die Erfindung umfasst alle gleich wirkenden Ausführungsvarianten. Die Beschreibung und auch die Zeichnungen sind deshalb nur beispielhaft zu verstehen und sollen helfen, das Prinzip der Erfindung zu verdeutlichen. Die Erfindung eignet sich für verschiedene Lenkungsarten, beispielsweise hydraulisch und elektrisch unterstützte Lenkgetriebe.The invention includes all embodiment variants that have the same effect. The description and also the drawings are therefore only to be understood as examples and are intended to help clarify the principle of the invention. The invention is suitable for various types of steering, for example hydraulically and electrically assisted steering gears.

Claims

Rack and pinion steering (10) for motor vehicles with a rotatably mounted steering pinion, which engages in a toothed rack in such a way that rotation of the steering pinion leads to a displacement of the toothed rack in the direction of its longitudinal axis, a sliding block also being provided, on which a spring element ( 20) applies a spring force and which urges the toothed rack in the direction of the steering pinion, characterized in that the spring element (20) is formed from a wall area of the housing (12).

Rack and pinion steering (10). claim 1 , characterized in that the housing (12) is formed of steel.

Rack and pinion steering (10). claim 1 or claim 2 , characterized in that the spring element (20) is formed by a plastically deformed and prestressed wall area of the housing (12).

Rack and pinion steering (10) according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the spring element (20) is formed by at least one slot (22) made in the housing (12).

Rack and pinion steering (10) according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the spring element (20) is formed by two slots (22).

Rack and pinion steering (10) according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the bias of the spring element (20) can be changed via an adjustable biasing element.

Rack and pinion steering (10). claim 6 , characterized in that the biasing element is designed as a screw.

Rack and pinion steering (10) according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the sliding block is positively connected to the spring element (20) and is guided by it.

Rack and pinion steering (10). claim 8 , characterized in that the spring element (20) and the sliding block each have an elevation or depression which correspond to one another and via which the sliding block is positively connected to the spring element (20).

Rack and pinion steering (10) according to one of Claims 1 until 9 , characterized in that the wall area of the spring element (20) is sealed by a cover element (24) that is arranged on the housing (12) from the outside.

Rack and pinion steering (10). claim 10 , characterized in that the cover element (24) is glued onto the housing (12).

Rack and pinion steering (10) according to one of Claims 1 until 11 , characterized in that several spring elements (20) are provided which act on the sliding block.

Method for producing a housing (12) of a rack and pinion steering system (10) for motor vehicles with a rotatably mounted steering pinion which engages in a toothed rack in such a way that rotation of the steering pinion leads to a displacement of the toothed rack in the direction of its longitudinal axis, with a further sliding block is provided, on which a spring element (20) applies a spring force and which pushes the toothed rack in the direction of the steering pinion, characterized by the method steps - manufacturing a housing (12), - introducing at least one slot (22) for forming of a spring element (20) from a wall area of the housing (12), - prestressing of the spring element (20) by deforming the wall area.

procedure after Claim 13 , characterized by the introduction of two slits (22) to form a two-sided bending strap.

procedure after Claim 13 or 14 , characterized by sealing the wall area and the at least one slot (22) by applying a covering element (24).

procedure after claim 15 , characterized by gluing on the cover element (24).