DE102013221812A1

DE102013221812A1 - Lenksysteme

Info

Publication number: DE102013221812A1
Application number: DE201310221812
Authority: DE
Inventors: Marco E. Rodriguez; Miroslaw Zaloga; Christopher J. Mielke
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2014-04-30
Also published as: CN103786777B; US20140116173A1; CN103786777A; US8844954B2

Abstract

Ein Lenksystem enthält ein Rad, das zwischen einer mittigen und einer außermittigen Position drehbar ist, und eine Welle mit Zähnen. Die Welle definiert einen Hohlraum und ist um eine Achse, die senkrecht zu den Zähnen ist, drehbar. Das System enthält eine Mutter mit Zahnstangenzähnen, die Nuten dazwischen definieren, wobei jeder Zahn mit einer Nut gepaart werden kann. Das System enthält eine Spieleinstellschraube, die innerhalb des Hohlraums verlagerbar ist, und einen Halter, der die Einstellschraube und die Welle berührt und der zum Positionieren der Welle entlang der Achse, während sich das Rad dreht, konfiguriert ist. Wenn das Rad in der mittigen Position ist, ist eine Mitte eines der Zahnradzähne mit einer der Nuten in Eingriff, um einen ersten Zwischenraum mit einer ersten Dicke dazwischen zu definieren. Wenn das Rad in der außermittigen Position ist, ist ein äußeres der Zahnradzähne mit einer äußeren Nut in Eingriff, um einen zweiten Zwischenraum mit einer zweiten Dicke zu definieren, die größer als die erste Dicke ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Offenbarung bezieht sich auf ein Lenksystem.
HINTERGRUND
Lenksysteme für Fahrzeuge können eine Lenkwelle enthalten, die gegen eine Zahnstangen-Kugelmutter drehbar ist, um dadurch die Fahrzeugräder in eine gewünschte Richtung zu lenken. Genauer kann sich ein Lenkrad des Fahrzeugs zwischen einer mittigen Position und einer außermittigen Position drehen und dadurch die Lenkwelle über Zahnradzähne, die miteinander in Eingriff sind, in Bezug auf eine Zahnstangen-Kugelmutter drehen. Somit trägt die Ausrichtung der Lenkwelle in Bezug auf die Zahnstangen-Kugelmutter zur Effektivität und zum leichten Betrieb des Lenksystems bei.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Lenksystem enthält ein Lenkrad, das zwischen einer mittigen Position und einer außermittigen Position drehbar ist, und eine Lenkwelle, die mehrere davon vorstehende Zahnradzähne aufweist. Die Lenkwelle definiert darin einen Hohlraum und ist um eine zentrale Längsachse, die im Wesentlichen senkrecht zu den mehreren Zahnradzähnen ist, drehbar, während sich das Lenkrad zwischen der mittigen Position und der außermittigen Position dreht. Außerdem enthält das Lenksystem eine Zahnstangen-Kugelmutter, die mehrere Zahnstangenzähne aufweist, die davon ausgehen und die dazwischen mehrere Nuten definieren.
Ferner kann jeder der mehreren Zahnradzähne mit jeweils einer der mehreren Nuten gepaart werden. Das Lenksystem enthält eine Spieleinstellschraube, die entlang der zentralen Längsachse innerhalb des Hohlraums verlagerbar ist, und einen Halter, der im Kontakt mit der Spieleinstellschraube und mit der Lenkwelle angeordnet ist. Der Halter ist zum Positionieren der Lenkwelle entlang der zentralen Längsachse, während sich das Lenkrad zwischen der mittigen Position und der außermittigen Position dreht, konfiguriert. Eine Mitte eines der mehreren Zahnradzähne ist mit einer Mitte einer der mehreren Nuten in Eingriff, um zwischen der Mitte eines der mehreren Zahnradzähne und der eines der mehreren Zahnstangenzähne einen ersten Zwischenraum mit einer ersten Dicke zu definieren, wenn das Lenkrad in der mittigen Position angeordnet ist. Ein äußerer der mehreren Zahnradzähne ist mit einer äußeren der mehreren Nuten in Eingriff, um zwischen dem äußeren der mehreren Zahnradzähne und einem äußeren der mehreren Zahnstangenzähne einen zweiten Zwischenraum mit einer zweiten Dicke zu definieren, die größer als die erste Dicke ist, wenn das Lenkrad in der außermittigen Position angeordnet ist.
In einer Ausführungsform weist die Lenkwelle einen davon vorstehenden Positionierungs- bzw. Führungsbolzen auf und weist die Spieleinstellschraube eine ringförmige Schulter auf. Der Halter ist in Kontakt mit der ringförmigen Schulter und mit der Lenkwelle angeordnet und ist nicht um die zentrale Längsachse drehbar. Ferner enthält das Lenksystem ein elastisches Element, das innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, und eine Unterlegscheibe, die zwischen dem elastischen Element und der Spieleinstellschraube liegt. Außerdem enthält das Lenksystem eine Endkappenabdeckung, die in Kontakt mit dem Halter angeordnet ist und dadurch mit der Spieleinstellschraube gepaart ist, wobei die Endkappenabdeckung nicht um die zentrale Längsachse drehbar ist. Die Spieleinstellschraube ist in Bezug auf die Endkappenabdeckung drehbar, um das elastische Element zusammenzudrücken und dadurch die erste Dicke zu verringern. Darüber hinaus hängen der Halter, der Führungsbolzen, die Spieleinstellschraube und das elastische Element die Lenkwelle entlang der zentralen Längsachse benachbart zu den mehreren Zahnstangenzähnen auf, um dadurch die erste Dicke zu minimieren, wenn das Lenkrad in der mittigen Position angeordnet ist, und um die zweite Dicke aufrechtzuerhalten, wenn das Lenkrad in der außermittigen Position angeordnet ist.
In einer anderen Ausführungsform weist die Lenkwelle drei Zahnradzähne auf und ist sie in der Weise um die zentrale Längsachse drehbar, dass sie zu den drei Zahnradzähnen im Wesentlichen senkrecht ist, während sich das Lenkrad zwischen der mittigen Position und der außermittigen Position dreht. Ferner ist die Zahnstangen-Kugelmutter entlang einer Achse, die im Wesentlichen senkrecht zu der zentralen Längsachse ist, verlagerbar, während sich das Lenkrad zwischen der mittigen Position und der außermittigen Position dreht. Die Zahnstangen-Kugelmutter weist vier Zahnstangenzähne auf, die davon ausgehen und dazwischen drei Nuten definieren, wobei jeder der drei Zahnradzähne mit jeweils einer der drei Nuten gepaart ist. Ferner ist der Halter nicht um die zentrale Längsachse drehbar, enthält er einen Stift, der davon ausgeht und parallel zu der zentralen Längsachse angeordnet ist, und definiert er einen ringförmigen Kanal, der darin konfiguriert ist, um den Führungsbolzen aufzunehmen, und der eine Führungsfläche aufweist, die eine Kerbe enthält. Die Endkappenabdeckung ist nicht um die zentrale Längsachse drehbar und definiert ein Loch, das dafür konfiguriert ist, den Stift aufzunehmen, so dass sich der Halter in Bezug auf die Endkappenabdeckung nicht um die zentrale Längsachse dreht. Eine Mitte eines der drei Zahnräder ist mit einer Mitte einer der drei Nuten in Eingriff, um zwischen der Mitte eines der drei Zahnradzähne und der eines der vier Zahnstangenzähne einen ersten Zwischenraum mit einer ersten Dicke zu definieren, wenn das Lenkrad in der mittigen Position angeordnet ist. Ein äußerer der drei Zahnradzähne ist mit einer äußeren der drei Nuten in Eingriff, um zwischen dem äußeren der drei Zahnradzähne und einem äußeren der vier Zahnstangenzähne einen zweiten Zwischenraum mit einer zweiten Dicke zu definieren, die größer als die erste Dicke ist, wenn das Lenkrad in der außermittigen Position angeordnet ist. Ferner verlagert sich der Führungsbolzen von der Kerbe weg und beabstandet jedes der drei Zahnradzähne von einem jeweiligen der vier Zahnstangenzähne, während sich das Lenkrad aus der mittigen Position in die außermittige Position dreht. Der Führungsbolzen liegt innerhalb der Kerbe und verlagert jedes der drei Zahnradzähne in Richtung jeweils eines der vier Zahnstangenzähne, während sich das Lenkrad aus der außermittigen Position in die mittige Position dreht.
Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren dienen zur Unterstützung und Beschreibung der Offenbarung, wobei der Schutzumfang der Offenbarung aber allein durch die Ansprüche definiert ist. Obwohl einige der besten Ausführungsarten und andere Ausführungsformen der Ansprüche ausführlich beschrieben worden sind, gibt es verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen, um die in den beigefügten Ansprüchen definierte Offenbarung zu verwirklichen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Lenksystems, das ein Lenkrad und ein integriertes Zahnrad enthält, das vergrößert als ein Kreis 1-1 gezeigt ist, das eine Lenkwelle und eine Zahnstangen-Kugelmutter aufweist;
2 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittansicht der Lenkwelle und der Zahnstangen-Kugelmutter aus 1;
3A ist eine schematische Darstellung einer Draufsicht der Lenkwelle und der Zahnstangen-Kugelmutter aus 1 und 2, wobei die Lenkwelle in einer mittigen Position angeordnet ist;
3B ist eine schematische Darstellung einer Draufsicht der Lenkwelle und der Zahnstangen-Kugelmutter aus 3A, wobei die Lenkwelle in einer außermittigen Position angeordnet ist;
4A ist eine schematische Darstellung einer Teilquerschnitts-Seitenansicht eines Abschnitts der Lenkwelle aus 1–3B, wobei die Lenkwelle in der mittigen Position angeordnet ist; und
4B ist eine schematische Darstellung einer Teilquerschnitts-Seitenansicht eines Abschnitts der Lenkwelle aus 4A, wobei die Lenkwelle in der außermittigen Position angeordnet ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Anhand der Figuren, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente beziehen, ist ein Lenksystem 10 allgemein in 1 gezeigt. Das Lenksystem 10 kann für Fahrzeuge wie etwa Kraftfahrzeuge nutzbar sein, die während Lenkmanövern eine präzise und effiziente Lenkung ohne Spiel des Lenkrads, Fahrzeugdrift oder Fahrzeugwandern erfordern. Somit kann das Lenksystem 10 ebenfalls für nicht selbst angetriebene Fahrzeuge wie etwa, aber nicht beschränkt auf, Freizeitfahrzeuge nutzbar sein.
Nun anhand von 1 enthält das Lenksystem 10 ein Lenkrad 12, das zwischen einer mittigen Position (in 1, 3A und 4A allgemein bei 14 gezeigt) und einer außermittigen Position (in 3B und 4B allgemein bei 16 gezeigt) drehbar ist. Das heißt, die mittige Position 14 kann jedes Rad (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs parallel zu jedem anderen Rad in der Weise orientieren, dass sich die Fahrtrichtung des Fahrzeugs nicht ändert, sondern dieses einen geraden Weg entlang fährt. Umgekehrt kann die außermittige Position 16 die Fahrtrichtung der Vorderräder des Fahrzeugs in Bezug auf die Hinterräder des Fahrzeugs in der Weise ändern, dass das Fahrzeug über eine Fahrtrichtungsänderung nach links oder rechts gelenkt wird.
Weiter anhand von 1 enthält das Lenksystem 10 außerdem eine Lenkwelle 18. Die Lenkwelle 18 kann als eine Lenkstockwelle charakterisiert sein und das Lenksystem 10 kann allgemein im Gegensatz zu einem Zahnstangen-Servolenksystem (nicht gezeigt) als ein Lenkstockwellen-Servolenksystem charakterisiert sein. Ferner kann die Lenkwelle 18 eine Komponente eines integrierten Zahnrads sein, das in dem Kreis 1-1 aus 1 bei 20 vergrößert gezeigt ist.
Wie am besten in 3A und 3B gezeigt ist, weist die Lenkwelle 18 mehrere davon vorstehende Zahnradzähne 122, 222, 322 auf. Obwohl die Lenkwelle 18 irgendeine Anzahl von Zahnradzähnen 122 aufweisen kann, kann die Lenkwelle 18 in einem nichteinschränkenden Beispiel drei davon vorstehende Zahnradzähne 122, 222, 322 aufweisen. Wie am besten in 2 zu sehen ist, ist die Lenkwelle 18 ferner um eine zentrale Längsachse 24 drehbar, die im Wesentlichen senkrecht zu den mehreren Zahnradzähnen 122, 222, 322 ist, während sich das Lenkrad 12 (1) zwischen der mittigen Position 14 (3A) und der außermittigen Position 16 (3B) dreht. Das heißt, anhand von 1 kann die Lenkwelle 18 über eines oder mehrere Lenkkoppelgetriebe 26 oder Komponenten mit dem Lenkrad 12 funktional verbunden sein und sich um die zentrale Längsachse 24 (2) drehen, wenn das Lenkrad 12 aus der mittigen Position 14 in die außermittige Position 16 gedreht wird.
Weiter anhand von 2 definiert die Lenkwelle 18 darin einen Hohlraum 28. Genauer kann die Lenkwelle 18 ein proximales Ende 30, das darin den Hohlraum 28 definiert, und ein distales Ende 32, das entlang der zentralen Längsachse 24 von dem proximalen Ende 30 beabstandet ist, aufweisen. Wie im Folgenden ausführlicher dargelegt ist, kann der Hohlraum 28 zur Aufnahme eines elastischen Elements 34 konfiguriert sein. Wie oben dargelegt ist, kann die Lenkwelle 18 ferner in einem nichteinschränkenden Beispiel drei von dem proximalen Ende 30 vorstehende Zahnradzähne 122, 222, 322 enthalten.
Nun anhand von 3A und 3B enthält das Lenksystem 10 (1) außerdem eine Zahnstangen-Kugelmutter 36, die mehrere Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438 aufweist, die davon ausgehen und dazwischen mehrere Nuten 140, 240, 340 definieren, wobei jeder der mehreren Zahnradzähne 122, 222, 322 mit einer jeweiligen der mehreren Nuten 140, 240, 340 gepaart werden kann. Obwohl die Zahnstangen-Kugelmutter 36 in einem nichteinschränkenden Beispiel irgendeine Anzahl von Zahnstangenzähnen 138 aufweisen kann, kann die Zahnstangen-Kugelmutter 36 vier davon ausgehende Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438 aufweisen und drei Nuten 140, 240, 340 dazwischen definieren. Somit kann jeder der drei Zahnradzähne 122, 222, 322 mit einer jeweiligen der mehreren der drei Nuten 140, 240, 340 gepaart oder in Eingriff sein, während sich das Lenkrad 12 (1) zwischen der mittigen Position 14 (3A) und der außermittigen Position 16 (3B) dreht. Genauer kann sich das Lenkrad 12 zwischen der mittigen Position 14 und der außermittigen Position 16 drehen, um die Zahnstangen-Kugelmutter 36 entlang einer Achse 42, die im Wesentlichen senkrecht zu der zentralen Längsachse 24 ist, zu verlagern und um dadurch die Lenkwelle 18 um die zentrale Längsachse 24 zu drehen. Das heißt, wie am besten in 3A gezeigt ist, kann sich die Zahnstangen-Kugelmutter 36 in Richtung des Pfeils 44 entlang der Achse 42 verlagern und dadurch die Lenkwelle 18 in Richtung des Pfeils 46 um die zentrale Längsachse 24 drehen.
Wieder anhand von 2 enthält das Lenksystem 10 (1) außerdem eine Spieleinstellschraube 48, die entlang der zentralen Längsachse 24 innerhalb des Hohlraums 28 verlagerbar ist. Wie im Folgenden ausführlicher dargelegt ist, kann die Spieleinstellschraube 48 zum Minimieren des Spiels zwischen den mehreren Zahnradzähnen 122, 222, 322 (3A) und den mehreren Zahnstangenzähnen 138, 238, 338, 438 (3A), wenn das Lenkrad 12 (1) in der mittigen Position 14 (3A) angeordnet ist, konfiguriert sein. Wie der Begriff ”Spiel” hier verwendet ist, beschreibt er irgendeinen Abstand oder irgendeine Toleranz zwischen einem Zahnradzahn 122 und jeweils einem 138, 238 der mehreren Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438. Das heißt, ein Spiel beschreibt einen Zustand, in dem es zwischen den Flächen der Zahnradzähne 122, 222, 322 und der Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438, die in Eingriff sind, einen Leerraum gibt, d. h., in dem die Zahnradzähne 122 nicht über einen genauen Festsitz mit jeweils einem 138, 238 der mehreren Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438 in Eingriff sind. Ein solches Spiel erfordert eine zusätzliche verschwendete Eingabe von Arbeit, z. B. das Drehen des Lenkrads 12 um eine zusätzliche Anzahl von Grad, um die Zahnradzähne 122, 222, 322 und die Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438 in Kontakt zu bringen, wenn die Richtung des Fahrzeugs geändert wird. Die zusätzliche verschwendete Eingabe von Arbeit kann als unbelastete Drehung des Lenkrads 12 beim Ändern der Fahrzeugrichtung oder beim Versuch, ein geradliniges Lenken aufrechtzuerhalten, wenn das Lenkrad 12 in der mittigen Position 14 angeordnet ist, beschrieben werden. Das Spiel kann von einem Betreiber des Fahrzeugs als ungenaue Lenkung, Fahrzeugwandern, Fahrzeugziehen oder -voreilen, fehlendes Ansprechen der Lenkung, Lenkradspiel und/oder Unbestimmtheit der Lenkung, wenn das Lenkrad 12 in der mittigen Position 14 angeordnet ist, gefühlt werden. Somit kann ein Spiel, wenn das Lenkrad 12 in der mittigen Position 14 angeordnet ist, unerwünscht sein und kann es durch den Kontakt zwischen dem Zahnradzahn 222 und den jeweiligen 238, 338 der mehreren Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438, wenn das Lenkrad 12 in der mittigen Position 14 angeordnet ist, minimiert werden.
Wie am besten in 2 gezeigt ist, kann das Lenksystem 10 (1) außerdem das elastische Element 34, z. B. eine Schraubenfeder, das innerhalb des Hohlraums 28 der Lenkwelle 18 angeordnet ist, und eine Unterlegscheibe 50, die zwischen dem elastischen Element 34 und der Spieleinstellschraube 48 liegt, enthalten. Das heißt, wie im Folgenden ausführlicher dargelegt ist, kann die Spieleinstellschraube 48 als ein Gewindebolzen konfiguriert sein und dafür konfiguriert sein, das elastische Element 34 zusammenzudrücken und dadurch das Spiel zwischen den Zahnradzähnen 222 und den Zahnstangenzähnen 238, 338, wenn das Lenkrad 12 (1) in der mittigen Position 14 (3A) angeordnet ist, zu verringern.
Weiter anhand von 2 enthält das Lenksystem 10 (1) ferner einen Halter 52, der in Kontakt mit der Spieleinstellschraube 48 und mit der Lenkwelle 18 angeordnet ist und der zum Positionieren der Lenkwelle 18 entlang der zentralen Längsachse 24, während sich das Lenkrad 12 (1) zwischen der mittigen Position 14 (3A) und der außermittigen Position 16 (3B) dreht, konfiguriert ist. Wie im Folgenden ausführlicher dargelegt ist, kann der Halter 52 bei dem proximalen Ende 30 in Kontakt mit der Lenkwelle 18 angeordnet sein, sich um die zentrale Längsachse 24 aber nicht drehen, während sich die Lenkwelle 18 um die zentrale Längsachse 24 dreht. Wie weiter am besten in 2 gezeigt ist, kann die Spieleinstellschraube 48 eine ringförmige Schulter 54 aufweisen, die in Kontakt mit dem Halter 52 angeordnet ist, und kann die Spieleinstellschraube 48 in Bezug auf den Halter 52 drehbar sein.
Nun anhand von 3A und 3B ist im Betrieb ein mittleres 222 der mehreren Zahnradzähne 122, 222, 322 mit einer 240 der mehreren Nuten 140, 240, 340 in Eingriff, um zwischen dem einen 222 der mehreren Zahnradzähne 122, 222, 322 und einem 238, 338 der mehreren Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438 einen ersten Zwischenraum 56 (3A) mit einer ersten Dicke 58 (3A) zu definieren, wenn das Lenkrad 12 (1) in der mittigen Position 14 (3A) angeordnet ist. Das heißt, die erste Dicke 58 kann dem Spiel zwischen dem mittleren 222 der mehreren Zahnradzähne 122, 222, 322 und einem 238, 338 der mehreren Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438 entsprechen und kann durch das Lenksystem 10 (1) minimiert werden.
Ferner ist anhand von 3B während des Betriebs des Lenksystems 10 (1) ein äußerer 122 der mehreren Zahnradzähne 122, 222, 322 mit einer äußeren 140 der mehreren Nuten 140, 240, 340 in Eingriff, um zwischen dem äußeren 122 der mehreren Zahnradzähne 122, 222, 322 und einem äußeren 138 der mehreren Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438 einen zweiten Zwischenraum 60 mit einer zweiten Dicke 62 zu definieren, die größer als die erste Dicke 58 (3A) ist, wenn das Lenkrad 12 (1) in der außermittigen Position 16 angeordnet ist. Das heißt, die zweite Dicke 62 kann dem Spiel zwischen dem äußeren 122 der mehreren Zahnradzähne 122, 222, 322 und dem äußeren 138 der mehreren Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438 entsprechen und kann durch das Lenksystem 10 aufrechterhalten werden, z. B. nicht minimiert werden.
Wie anhand von 2 beschrieben wird, kann das Lenksystem 10 (1) genauer ferner eine Endkappenabdeckung 64 enthalten. Die Endkappenabdeckung 64 kann an ein Außengehäuse 66 (1) des integrierten Zahnrads 20 (1) geschraubt sein und kann somit in Bezug auf die Lenkwelle 18 und auf die Zahnstangen-Kugelmutter 36 feststehend oder fixiert sein. Mit anderen Worten, die Endkappenabdeckung 64 ist nicht um die zentrale Längsachse 24 drehbar. Ferner ist die Endkappenabdeckung 64 in Kontakt mit dem Halter 52 angeordnet und durch ein Gewinde mit der Spieleinstellschraube 48 gepaart. Insbesondere kann die Spieleinstellschraube 48 in eine durch die Endkappenabdeckung 64 definierte Bohrung 68 eingeführt sein und in der Weise durch ein Gewinde mit der Endkappenabdeckung 64 gepaart sein, dass die Drehung der Spieleinstellschraube 48 das elastische Element 34 entlang der zentralen Längsachse 24 zusammendrückt. Genauer kann die Spieleinstellschraube 48 z. B. in einer durch den Pfeil 46 angegebenen Richtung in Bezug auf die Endkappenabdeckung 64 drehbar sein, um die Unterlegscheibe 50 entlang der zentralen Längsachse 24 in Richtung des distalen Endes 32 zu verlagern, das elastische Element 34 zusammenzudrücken und dadurch die erste Dicke 58 (3A) zu verringern.
Insbesondere kann der Halter 52 weiter anhand von 2 einen Stift 70 enthalten, der davon ausgeht und parallel zu der zentralen Längsachse 24 angeordnet ist. Ferner kann die Endkappenabdeckung 64 darin ein Loch 72 definieren, das dafür konfiguriert ist, den Stift 70 so aufzunehmen, dass sich der Halter 52 in Bezug auf die Endkappenabdeckung 64 nicht um die zentrale Längsachse 24 dreht. Das heißt, obwohl sich die Spieleinstellschraube 48 und die Lenkwelle 18 jeweils um die zentrale Längsachse 24 drehen können, kann der Stift 70 verhindern, dass sich der Halter 52 in Bezug auf die Endkappenabdeckung 64 dreht.
Wieder anhand von 2 kann die Lenkwelle 18 ferner einen Führungsbolzen 74 enthalten, der bei dem proximalen Ende 30 davon vorsteht und im Wesentlichen senkrecht zu der zentralen Längsachse 24 angeordnet ist. Das heißt, der Führungsbolzen 74 kann im Wesentlichen parallel zu den mehreren Zahnradzähnen 122, 222, 322 angeordnet sein.
Wie am besten in 4A und 4B gezeigt ist, kann der Halter 52 darin außerdem einen ringförmigen Kanal 76 definieren, der dafür konfiguriert ist, den Führungsbolzen 74 aufzunehmen, und der eine Führungsfläche 78 aufweist, die eine Kerbe 80 oder Vertiefung enthält. Das heißt, während sich das Lenkrad 12 (1) zwischen der mittigen Position 14 (3A) und der außermittigen Position 16 (3B) dreht, kann der Führungsbolzen 74 in den ringförmigen Kanal 76 eingeführt sein und zeitweise entlang der Führungsfläche 78 laufen und/oder innerhalb der Kerbe 80 oder Vertiefung liegen.
Genauer kann der Führungsbolzen 74 anhand von 4A innerhalb der Kerbe 80 oder Vertiefung angeordnet sein, wenn das Lenkrad 12 (1) in der mittigen Position 14 angeordnet ist, um dadurch die erste Dicke 58 (3A) zu minimieren. Umgekehrt kann der Führungsbolzen 74 anhand von 4B nicht innerhalb der Kerbe 80 oder Vertiefung angeordnet sein, um dadurch die zweite Dicke 62 (3B) aufrechtzuerhalten, wenn das Lenkrad 12 in der außermittigen Position 16 angeordnet ist.
Wie weiter anhand von 4A und 4B ausführlicher beschrieben wird, kann sich der Führungsbolzen 74, z. B. entlang der Führungsfläche 78, in der Weise von der Kerbe 80 oder Vertiefung weg verlagern, dass der Halter 52 die Lenkwelle 18 entlang der zentralen Längsachse 24 in Richtung der Endkappenabdeckung 64 anhebt und dadurch jeden der mehreren Zahnradzähne 122, 222, 322 von einem jeweiligen der mehreren Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438 (3B) weg beabstandet, während sich das Lenkrad 12 (1) aus der mittigen Position 14 (4A) in die außermittige Position 16 (4B) dreht. Es wird gewürdigt werden, dass sich die Lenkwelle 18 nur geringfügig, z. B. von etwa 0,1 mm bis etwa 0,3 mm, entlang der zentralen Längsachse 24 anheben kann. Während der Halter 52 und der Führungsstift 74 die Lenkwelle 18 anheben, bewegt sich jeder der mehreren Zahnradzähne 122, 222, 322 von einem jeweiligen der mehreren Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438 weg, um die zweite Dicke 62 (3B) aufrechtzuerhalten. Somit kann das Lenksystem 10 (1) die zweite Dicke 62 oder das Spiel zwischen dem äußeren Zahnradzahn 122 und dem äußeren Zahnstangenzahn 138 aufrechterhalten, wenn das Lenkrad 12 in der außermittigen Position 16 angeordnet ist. Ein solches Spiel oder ein solcher zweiter Zwischenraum 60 kann einem Betreiber nachfolgend dabei helfen, das Lenkrad 12 zu drehen, um das Lenkrad 12 aus der außermittigen Position 16 wieder in die mittige Position 14 zurückzustellen. Das heißt, da das Lenksystem 10 den zweiten Zwischenraum 60 (3B) aufrechterhält, können sich die mehreren Zahnradzähne 122, 222, 322 in Bezug auf die mehreren Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438 nicht verbinden, wenn das Lenkrad 12 aus der außermittigen Position 16 gedreht wird.
Umgekehrt kann der Führungsbolzen 74 weiter anhand von 4A und 4B innerhalb der Kerbe 80 oder Vertiefung liegen, so dass der Halter 52 die Lenkwelle 18 entlang der zentralen Längsachse 24 von der Kappenabdeckung 64 weg fallenlässt und dadurch jeden der mehreren Zahnradzähne 122, 222, 322 in Richtung des jeweiligen der mehreren Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438 (3A) verlagert, während sich das Lenkrad 12 (1) aus der außermittigen Position 16 (4B) in die mittige Position 14 (4A) dreht. Es wird wieder gewürdigt werden, dass die Lenkwelle 18 nur geringfügig, z. B. von etwa 0,1 mm bis etwa 0,3 mm, entlang der zentralen Längsachse 24 fallen kann. Während der Halter 52 und der Führungsbolzen 74 die Lenkwelle 18 fallenlassen, bewegt sich jeder der mehreren Zahnradzähne 122, 222, 322 in Richtung eines jeweiligen der mehreren Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438, um die erste Dicke 58 (3A) zu minimieren. Somit minimiert das Lenksystem 10 (1) die erste Dicke 58 oder das Spiel zwischen dem mittleren Zahnradzahn 222 und dem jeweiligen 238, 338 der mehreren Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438, wenn das Lenkrad 12 in der mittigen Position 14 angeordnet ist. Somit stellt das Lenksystem 10 eine genaue, im Wesentlichen spielfreie Lenkung bereit, wenn das Lenkrad 12 in der mittigen Position 14 angeordnet ist.
Mit anderen Worten können anhand von 2–4B der Halter 52, der Führungsbolzen 74, die Spieleinstellschraube 48 und das elastische Element 34 (2) zusammen die Lenkwelle 18 entlang der zentralen Längsachse 24 benachbart zu den mehreren Zahnstangenzähnen 138, 238, 338, 438 aufhängen, um dadurch die erste Dicke 58 (3A) zu minimieren, wenn das Lenkrad 12 in der mittigen Position 14 (3A und 4A) angeordnet ist, und können sie die zweite Dicke 62 (3B) aufrechterhalten, wenn das Lenkrad 12 in der außermittigen Position 16 (3B und 4B) angeordnet ist. Das heißt, das Lenksystem 10 (1) kann das Zusammendrücken des elastischen Elements 34 durch die Spieleinstellschraube 48, das die Lenkwelle 18 geringfügig in der Weise fallenlässt, dass der mittlere 222 der mehreren Zahnradzähne 122, 222, 322 den jeweiligen 238, 338 der mehreren Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438 berührt, genau ausgleichen, wenn das Lenkrad 12 in der mittigen Position 14 angeordnet ist, wobei die Aufhängung oder der geringfügige Hub der Lenkwelle 18 durch den Führungsbolzen 74 und durch die Führungsfläche 78 bereitgestellt wird, während der Führungsbolzen 74 die Kerbe 80 oder Vertiefung verlässt, wenn das Lenkrad 12 in der außermittigen Position 16 angeordnet ist. Somit können der Halter 52 und das elastische Element 34 die erste Dicke 58 (3A) zusammen minimieren.
Wie ferner anhand von 3A–4B für die obenerwähnte Ausführungsform beschrieben ist, die drei Zahnradzähne 122, 222, 322, die aus der Lenkwelle 18 vorstehen, und vier Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438, die aus der Zahnstangen-Kugelmutter 36 vorstehen, enthält, kann die Mitte eines 222 der drei Zahnradzähne 122, 222, 322 mit der Mitte einer 240 der drei Nuten 140, 240, 340 in Eingriff sein, um zwischen der Mitte eines 222 der drei Zahnradzähne 122, 222, 322 und der eines 238, 338 der vier Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438 den ersten Zwischenraum 56 (3A) mit der ersten Dicke 58 (3A) zu definieren, wenn das Lenkrad 12 (1) in der mittigen Position 14 (3A und 4A) angeordnet ist. Dagegen kann der äußere 122 der drei Zahnradzähne 122, 222, 322 mit der äußeren 140 der drei Nuten 140, 240, 340 in Eingriff sein, um zwischen einem 122 der drei Zahnradzähne 122, 222, 322 und dem äußeren 138 der vier Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 348 den zweiten Zwischenraum 60 (3B) mit der zweiten Dicke 62 (3B), die größer als die erste Dicke 58 ist, zu definieren, wenn das Lenkrad 12 in der außermittigen Position 16 (3B und 4B) angeordnet ist.
Insbesondere kann sich weiter anhand von 3A–4B der Führungsbolzen 74 von der durch den Halter 52 definierten Kerbe 80 oder Vertiefung weg verlagern und jedes der drei Zahnradzähne 122, 222, 322 von dem jeweiligen der vier Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438 weg beabstanden, während sich das Lenkrad 12 (1) aus der mittigen Position 14 (3A und 4A) in die außermittige Position 16 (3B und 4B) dreht. Wenn nachfolgend ein Lenkmanöver abgeschlossen ist, kann der Führungsbolzen 74 innerhalb der Kerbe 80 oder Vertiefung liegen und jeden der drei Zahnradzähne 122, 222, 322 in Richtung des jeweiligen der vier Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438 verlagern, während sich das Lenkrad 12 aus der außermittigen Position 16 in die mittige Position 14 dreht. Ferner kann der Halter 52 die Lenkwelle 18 entlang der zentralen Längsachse 24 von der Endkappenabdeckung 64 weg fallenlassen, während sich das Lenkrad 12 aus der außermittigen Position 16 in die mittige Position 14 dreht, um dadurch die erste Dicke 58 und irgendein von einem Fahrzeugbetreiber während des mittigen Lenkens wahrgenommenes Spiel zu minimieren.
Somit schafft das Lenksystem 10 (1) eine präzise und effiziente Lenkung, gleich, ob das Lenkrad 12 (1) in der mittigen Position 14 (1, 3A und 4A) oder in der außermittigen Position 16 (3B und 4B) angeordnet ist. Das heißt, das Lenksystem 10 erhält die Lenkwelle 18 in einer gewünschten vertikalen Position entlang der zentralen Längsachse 24 aufrecht und sichert eine im Wesentlichen spielfreie mittige Lenkung. Obwohl das ständige zyklische Wiederholen des Bewegens des Lenkrads 12 zwischen der mittigen Position 14 und der außermittigen Position 16 die mehreren Zahnradzähne 122, 222, 322 und/oder die mehreren Zahnstangenzähne 138, 238, 338, 438 abnutzen kann, kann sich die Lenkwelle 18 ständig auf die gewünschte vertikale Position entlang der zentralen Längsachse 24 ausrichten. Somit ist selbst beim Betrieb am Ende der Lebensdauer eine Grenzfläche zwischen den mehreren Zahnradzähnen 122, 222, 322 und den mehreren Zahnstangenzähnen 138, 238, 338, 438 im Wesentlichen spielfrei, wenn das Lenkrad 12 in der mittigen Position 14 angeordnet ist.
Obwohl die besten Ausführungsarten der Offenbarung ausführlich beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Offenbarung bezieht, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen, um die Offenbarung im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche zu verwirklichen.

Claims

Lenksystem, das umfasst: ein Lenkrad, das zwischen einer mittigen Position und einer außermittigen Position drehbar ist; eine Lenkwelle, die mehrere davon vorstehende Zahnradzähne aufweist, wobei in der Lenkwelle ein Hohlraum definiert ist und die Lenkwelle um eine zentrale Längsachse, die im Wesentlichen senkrecht zu den mehreren Zahnradzähnen ist, drehbar ist, während sich das Lenkrad zwischen der mittigen Position und der außermittigen Position dreht; eine Zahnstangen-Kugelmutter, die mehrere Zahnstangenzähne aufweist, die davon ausgehen und die dazwischen mehrere Nuten definieren, wobei jeder der mehreren Zahnradzähne mit jeweils einer der mehreren Nuten gepaart werden kann, eine Spieleinstellschraube, die entlang der zentralen Längsachse innerhalb des Hohlraums verlagerbar ist; und einen Halter, der im Kontakt mit der Spieleinstellschraube und mit der Lenkwelle angeordnet ist und zum Positionieren der Lenkwelle entlang der zentralen Längsachse, während sich das Lenkrad zwischen der mittigen Position und der außermittigen Position dreht, konfiguriert ist; wobei eine Mitte eines der mehreren Zahnradzähne mit einer Mitte einer der mehreren Nuten in Eingriff ist, um zwischen der Mitte eines der mehreren Zahnradzähne und jener eines der mehreren Zahnstangenzähne einen ersten Zwischenraum mit einer ersten Dicke zu definieren, wenn das Lenkrad in der mittigen Position angeordnet ist; und wobei ein äußerer der mehreren Zahnradzähne mit einer äußeren der mehreren Nuten in Eingriff ist, um zwischen dem äußeren der mehreren Zahnradzähne und einem äußeren der mehreren Zahnstangenzähne einen zweiten Zwischenraum mit einer zweiten Dicke zu definieren, die größer als die erste Dicke ist, wenn das Lenkrad in der außermittigen Position angeordnet ist.
Lenksystem nach Anspruch 1, wobei die Lenkwelle entlang der zentralen Längsachse ein proximales Ende, das darin den Hohlraum definiert, und ein von dem proximalen Ende beabstandetes distales Ende aufweist.
Lenksystem nach Anspruch 2, das ferner ein innerhalb des Hohlraums angeordnetes elastisches Element und eine zwischen dem elastischen Element und der Spieleinstellschraube liegende Unterlegscheibe enthält.
Lenksystem nach Anspruch 3, das ferner eine Endkappenabdeckung, die in Kontakt mit dem Halter angeordnet ist und durch ein Gewinde mit der Spieleinstellschraube gepaart ist, enthält, wobei die Endkappenabdeckung nicht um die zentrale Längsachse drehbar ist.
Lenksystem nach Anspruch 4, wobei die Lenkwelle ferner einen Führungsbolzen enthält, der bei dem proximalen Ende davon vorsteht und im Wesentlichen senkrecht zu der zentralen Längsachse angeordnet ist.
Lenksystem nach Anspruch 5, wobei der Halter einen darin konfigurierten ringförmigen Kanal zum Aufnehmen des Führungsbolzens definiert und eine Führungsfläche aufweist, die eine Kerbe enthält.
Lenksystem nach Anspruch 6, wobei der Führungsbolzen innerhalb der Kerbe angeordnet ist, um dadurch die erste Dicke zu minimieren, wenn das Lenkrad in der mittigen Position angeordnet ist.
Lenksystem nach Anspruch 6, wobei der Führungsbolzen nicht innerhalb der Kerbe angeordnet ist, um dadurch die zweite Dicke aufrechtzuerhalten, wenn das Lenkrad in der außermittigen Position angeordnet ist.
Lenksystem nach Anspruch 6, wobei sich der Führungsbolzen von der Kerbe weg verlagert, so dass der Halter die Lenkwelle entlang der zentralen Längsachse in Richtung der Endkappenabdeckung anhebt und dadurch jeden der mehreren Zahnradzähne von einem jeweiligen der mehreren Zahnstangenzähne weg beabstandet, während sich das Lenkrad aus der mittigen Position in die außermittige Position dreht.
Lenksystem nach Anspruch 9, wobei der Führungsbolzen innerhalb der Kerbe liegt, so dass der Halter die Lenkwelle entlang der zentralen Längswelle von der Endkappenabdeckung weg fallenlässt und dadurch jeden der mehreren Zahnradzähne in Richtung eines jeweiligen der mehreren Zahnstangenzähne verlagert, während sich das Lenkrad aus der außermittigen Position in die mittige Position dreht.