DE102014112167A1

DE102014112167A1 - Rack for a steering system of a motor vehicle

Info

Publication number: DE102014112167A1
Application number: DE102014112167.8A
Authority: DE
Inventors: Stefan Mahlknecht; Christian Späth
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta AG
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2016-03-03

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnstange (106) für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein sich zumindest in einem Abschnitt entlang der Längsachse (Z) der Zahnstange (106) erstreckendes erstes Verzahnungsteil (2) zum Eingriff mit einem Lenkritzel (104), wobei ein relativ zu dem ersten Verzahnungsteil (2) in Richtung der Längsachse (Z) verschiebbares zweites Verzahnungsteil (3) vorgesehen ist und das erste Verzahnungsteil (2) und das zweite Verzahnungsteil (3) gemeinsam mit dem Lenkritzel (104) in Eingriff bringbar sind.The present invention relates to a rack (106) for a steering system of a motor vehicle, comprising at least in a portion along the longitudinal axis (Z) of the rack (106) extending first toothing part (2) for engagement with a steering pinion (104), wherein relative to the first toothing part (2) in the direction of the longitudinal axis (Z) displaceable second toothing part (3) is provided and the first toothing part (2) and the second toothing part (3) together with the steering pinion (104) are engageable.

Description

Technisches Gebiet Technical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnstange für ein Lenksystems eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The present invention relates to a rack for a steering system of a motor vehicle according to the preamble of claim 1.

Stand der Technik State of the art

Fahrzeuglenkungen mit einem Zahnstangenlenkgetriebe, beispielsweise mechanische, elektromechanische oder hydraulische Zahnstangenlenkgetriebe, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei einer solchen Zahnstangenlenkung wird die rotatorische Bewegung des Lenkrads über den Lenkstrang auf ein Lenkritzel übertragen, wobei das Lenkritzel eine Verzahnung umfasst, die mit der Verzahnung einer Zahnstange so zusammenwirkt, dass die rotatorische Bewegung des Lenkritzels in eine translatorische Bewegung der Zahnstange umgewandelt wird. Vehicle steering systems with a rack and pinion steering gear, for example mechanical, electromechanical or hydraulic rack and pinion steering gear, are known from the prior art. In such a rack and pinion steering, the rotational movement of the steering wheel is transmitted via the steering line to a steering pinion, wherein the steering pinion comprises a toothing, which cooperates with the toothing of a rack so that the rotational movement of the steering pinion is converted into a translational movement of the rack.

Zur Erreichung eines angenehmen Lenkgefühls sowie einer präzisen Lenkung ist es erforderlich, das Zusammenwirken von Zahnstange und Lenkritzel möglichst spielfrei und mit möglichst geringer Reibung bereitzustellen. To achieve a pleasant steering feel and a precise steering, it is necessary to provide the interaction of the rack and steering pinion play as possible and with the least possible friction.

Aus der DE 10 2011 018 568 A1 ist entsprechend eine Zahnstangenlenkung bekannt, bei welcher das Lenkritzel in zwei zueinander verdrehbar gelagerte Ritzelteile aufgeteilt ist, welche in den Zahnlücken der Zahnstange mittels einer Federkraft gegen jeweils gegenüberliegende Zahnflanken der Verzahnung der Zahnstange vorspannbar sind. Hierbei ist ein erstes Ritzelteil mittels einer Außenwelle drehfest mit dem Lenkstrang gekoppelt und ein zweites Ritzelteil über eine als Torsionsfeder wirkende Innenwelle zur Erzeugung der Vorspannung vorgesehen. Die lösungsbedingte hohe Teileanzahl sowie der komplizierte Aufbau erfordern hierbei jedoch einen hohen Montage- und Wartungsaufwand. From the DE 10 2011 018 568 A1 According to a rack and pinion steering is known in which the steering pinion is divided into two mutually rotatably mounted pinion parts which are biased in the tooth spaces of the rack by means of a spring force against respective opposite tooth flanks of the toothing of the rack. Here, a first pinion part by means of an outer shaft rotatably coupled to the steering line and a second pinion part via an acting as a torsion spring inner shaft for generating the bias voltage provided. However, the solution-related high number of parts and the complicated structure here require a high installation and maintenance costs.

Darstellung der Erfindung Presentation of the invention

Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Fahrzeuglenkung mit geringem Lenkspiel bereitzustellen. Starting from the known prior art, it is an object of the present invention to provide an improved vehicle steering with low steering play.

Diese Aufgabe wird durch eine Zahnstange mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. This object is achieved by a rack with the features of claim 1. Advantageous developments emerge from the subclaims.

Entsprechend wird eine Zahnstange für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein sich zumindest in einem Abschnitt entlang der Längsachse der Zahnstange erstreckendes erstes Verzahnungsteil zum Eingriff mit einem Lenkritzel, vorgeschlagen. Erfindungsgemäß ist ein relativ zu dem ersten Verzahnungsteil in Richtung der Längsachse verschiebbares zweites Verzahnungsteil vorgesehen und das erste Verzahnungsteil und das zweite Verzahnungsteil sind gemeinsam mit dem Lenkritzel in Eingriff bringbar. Accordingly, a rack for a steering system of a motor vehicle, comprising a at least in a portion along the longitudinal axis of the rack extending first toothing member for engagement with a steering pinion proposed. According to the invention, a second toothing part, which is displaceable relative to the first toothed part in the direction of the longitudinal axis, is provided, and the first toothing part and the second toothing part are engageable together with the steering pinion.

Dadurch, dass das zweite Verzahnungsteil in Richtung der Längsachse relativ zum ersten Verzahnungsteil bewegbar ist, kann die Lückenweite zwischen einer ersten Zahnflanke eines Zahns des ersten Verzahnungsteils und einer der ersten Zahnflanke gegenüberliegender zweiten Zahnflanke eines Zahns des zweiten Verzahnungsteils veränderbar bereitgestellt werden. Insbesondere ist es hierdurch möglich, das Flankenspiel eines mit der Zahnstange kämmenden Lenkritzels einzustellen beziehungsweise zu unterbinden, um beispielsweise bei einem Lastwechsel oder bei Geradeausfahrt ein verbessertes Geräuschverhalten und eine präzisere Lenkung bereitzustellen. Due to the fact that the second toothed part is movable in the direction of the longitudinal axis relative to the first toothed part, the gap width between a first tooth flank of a tooth of the first toothed part and one of the first tooth flank of the opposite second tooth flank of a tooth of the second toothed part can be variably provided. In particular, this makes it possible to adjust or suppress the backlash of a meshing with the rack steering pinion to provide, for example, in a load change or when driving straight ahead improved noise behavior and a more precise steering.

Weiterhin kann das Zahnstangenlenkgetriebe der Fahrzeuglenkung, welches mit der vorgeschlagenen Zahnstange versehen ist, hierdurch gegenüber einem Zahnstangenlenkgetriebe mit zweigeteiltem Lenkritzel einfacher ausgeführt werden, da weniger Teile zur Realisierung der Lenkspielminimierung beziehungsweise Lenkspielunterbindung benötigt werden. Auch kann das Zahnstangenlenkgetriebe stabiler ausgeführt und ein kompakterer Aufbau erreicht werden, da statt einer komplizierten Konstruktion der Teilritzel und der die Teilritzel tragende Welle insbesondere ein einfaches Standardritzel, eine kurze (Voll-)Welle und eine einfache Lagerung mit direkt angrenzenden Standardwälzlagern gewählt werden können. Furthermore, the rack-and-pinion steering gear of the vehicle steering system, which is provided with the proposed rack, can thereby be made simpler than a rack-and-pinion steering gear with a two-part steering pinion, since fewer parts are required to realize the minimization of the steering play or steering clearance suppression. Also, the rack and pinion steering gear can be made more stable and a more compact design can be achieved because instead of a complicated design of the pinion and the pinion shaft bearing in particular a simple standard pinion, a short (full) wave and a simple storage can be selected with directly adjacent standard rolling bearings.

Bevorzugt kann das zweite Verzahnungsteil hierbei parallel zum ersten Verzahnungsteil angeordnet sein. So kann das mit den Verzahnungsteilen in Eingriff stehende Lenkritzel unter Ausbildung einer linienförmigen Anlage der Zahnflanken der Zähne der Verzahnungsteile und der Zahnflanken der Zähne des Lenkritzels eine konstruktiv vorteilhafte Zahnpaarung mit den Verzahnungsteilen der Zahnstange ohne Schiefstellung und der daraus resultierenden Vorspannungen eingehen. Preferably, the second toothing part can in this case be arranged parallel to the first toothing part. Thus, the meshing with the teeth meshing steering pinion to form a linear contact of the tooth flanks of the teeth of the teeth and the tooth flanks of the teeth of the steering pinion enter into a constructively advantageous pair of teeth with the teeth of the rack without misalignment and the resulting biases.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen dem ersten Verzahnungsteil und dem zweiten Verzahnungsteil mindestens ein Vorspannelement zum Vorspannen des ersten Verzahnungsteils gegen das zweite Verzahnungsteil vorgesehen, bevorzugt zum Vorspannen des ersten Verzahnungsteils und des zweiten Verzahnungsteils auf jeweils gegenüberliegende Zahnflanken des Lenkritzels. In an advantageous development, at least one biasing element for biasing the first toothing part against the second toothing part is provided between the first toothing part and the second toothing part, preferably for biasing the first toothing part and the second toothing part respectively on opposite tooth flanks of the steering pinion.

Durch das mindestens eine Vorspannelement, welches bevorzugt auf das bewegbare zweite Verzahnungsteil wirkt, kann zwischen den gegenüberliegenden Zahnflanken des Lenkritzels und der mit jeweils einem der gegenüberliegenden Zahnflanken des Lenkritzels in Eingriff stehenden Zahnflanke des ersten Verzahnungsteils und des zweiten Verzahnungsteils eine definierte Vorspannung aufgebracht werden, wodurch ein nochmals verbessertes spielfreies Kämmen des Lenkritzels mit der Zahnstange bereitgestellt werden kann. By the at least one biasing element, which preferably on the movable second toothing acts, a defined bias can be applied between the opposite tooth flanks of the steering pinion and each with one of the opposite tooth flanks of the steering pinion tooth surface of the first toothing part and the second toothing part, thereby providing a further improved backlash-free meshing of the steering pinion with the rack can be.

Weiterhin kann durch diese Anordnung eine bezogen auf die Längsachse axiale Vorspannung ermöglicht werden, bei welcher im Vergleich zu radialen Vorspannvorrichtungen höhere Vorspannkräfte realisiert werden können, ohne dass eine starke Klemmung und hohe Reibungskräfte, welche die Leichtgängigkeit der Kämmung zwischen Lenkritzel und Zahnstange beeinträchtigen würden, auftreten. Furthermore, by this arrangement, a relative to the longitudinal axis of axial bias can be made possible, in which compared to radial biasing devices higher biasing forces can be realized without a strong clamping and high frictional forces, which would affect the ease of Kämm between steering pinion and rack occur ,

In einer weiteren bevorzugten Ausbildung sind zwischen dem ersten Verzahnungsteil und dem zweiten Verzahnungsteil mindestens zwei Vorspannelemente vorgesehen, bevorzugt je ein Vorspannelement an jedem stirnseitigen Ende des zweiten Verzahnungsteils. In a further preferred embodiment, at least two biasing elements are provided between the first gearing part and the second gearing part, preferably one biasing element at each end face of the second gearing part.

Hierdurch kann die Position des bewegbaren zweiten Verzahnungsteils über die Längen und die Federsteifigkeiten der verwendeten Vorspannelemente, insbesondere für den Einbau, genau bereitgestellt werden. Weiterhin kann die auf die Kämmung zwischen Lenkritzel und Zahnstange wirkende Vorspannkraft über die Verhältnisse der Federsteifigkeiten und Längen der Vorspannelemente genau eingestellt werden. As a result, the position of the movable second toothing part over the lengths and the spring stiffness of the biasing elements used, in particular for installation, can be provided exactly. Furthermore, the biasing force acting on the mesh between the steering pinion and the rack can be accurately adjusted by the ratios of the spring stiffnesses and lengths of the biasing members.

Bevorzugt ist mindestens ein Vorspannelement als entlang der Längsachse wirkende Druckfeder ausgebildet. Durch die Bereitstellung des mindestens einen Vorspannelements als Druckfeder kann ein kostengünstiger und einfacher Aufbau der Zahnstange realisiert werden. Weiterhin können die Anforderungen auf die mindestens eine Druckfeder hinsichtlich Federweg, Federsteifigkeit und deren Abmessungen anwendungsfallbezogen angepasst werden beziehungsweise aus einer immensen Auswahl an Standardteilen ausgewählt werden, beispielsweise genormte Spiraldruckfedern oder Tellerfedern. At least one biasing element is preferably designed as a compression spring acting along the longitudinal axis. By providing the at least one biasing element as a compression spring, a cost-effective and simple construction of the rack can be realized. Furthermore, the requirements of the at least one compression spring with respect to spring travel, spring stiffness and their dimensions can be adapted to the application case or selected from an immense selection of standard parts, such as standard helical compression springs or disc springs.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist das erste Verzahnungsteil verschiebefest an der Zahnstange angeordnet. So kann eine zuverlässige Übertragung des Lenkmoments unabhängig von dem zweiten Verzahnungsteil bereitgestellt werden. Insbesondere kann auch bei einem Ausfall oder einer Beschädigung des verschiebbaren zweiten Verzahnungsteils durch das verschiebefest mit der Zahnstange vorgesehene erste Verzahnungsteil das Lenkmoment übertragen werden. In a preferred embodiment, the first toothing part is arranged fixed against displacement on the toothed rack. Thus, a reliable transmission of the steering torque can be provided independently of the second toothing part. In particular, the steering torque can be transmitted even in the event of failure or damage to the displaceable second toothing part by the first toothing part provided so as to be displaceable with the rack.

Bevorzugt ist das erste Verzahnungsteil einstückig mit der Zahnstange ausgebildet und besonders bevorzugt durch Schmieden, Kaltumformen oder Gesenkschmieden hergestellt. So kann eine besonders zuverlässige Übertragung der Lenkmomente erreicht werden. Preferably, the first toothing part is formed integrally with the rack and more preferably produced by forging, cold forming or drop forging. Thus, a particularly reliable transmission of the steering torque can be achieved.

In einer bevorzugten Ausbildungsform ist das zweite Verzahnungsteil in einer sich entlang der Längsrichtung in der Zahnstange erstreckenden Ausnehmung angeordnet. Hierdurch kann ein definierter Raum für das zweite Verzahnungsteil sowie für dessen Bewegungsspielraum bereitgestellt werden. In a preferred embodiment, the second toothing part is arranged in a recess extending along the longitudinal direction in the toothed rack. In this way, a defined space for the second toothing part as well as for its range of motion can be provided.

Bevorzugt ist das zweite Verzahnungsteil auch an der Zahnstange in einer Linearführung verschiebbar gehalten, bevorzugt in einer Schwalbenschwanzführung. Hierdurch ist die Verschiebung des zweiten Verzahnungsteils in Richtung der Längsachse unter Minimierung des Spiels und der bei einer translatorischen Bewegung auftretenden Winkelabweichungen bereitgestellt, wodurch eine geringe Parallelitätsabweichung des ersten Verzahnungsteils und des zweiten Verzahnungsteils zueinander ermöglicht werden kann, was sowohl die Laufruhe als auch die Präzision der Lenkung weiter verbessert. Weiterhin wird eine weitgehend konstante Durchschiebekraft der Zahnstange erreicht. Preferably, the second gear part is also slidably held on the rack in a linear guide, preferably in a dovetail guide. As a result, the displacement of the second toothing part is provided in the direction of the longitudinal axis while minimizing the play and occurring during a translational movement angle deviations, whereby a small parallelism deviation of the first toothing part and the second toothing part to each other can be made possible, which both the smooth running and the precision of Steering further improved. Furthermore, a largely constant push-through force of the rack is achieved.

Alternativ können auch mehrere bewegbare Verzahnungsteile an der Zahnstange vorgesehen sein, bevorzugt in paralleler Ausrichtung, besonders bevorzugt beidseitig des fest mit der Zahnstange verbundenen ersten Verzahnungsteils, insbesondere zum Aufbringen einer symmetrischen Vorspannbelastung auf die Kämmung zwischen Lenkritzel und Zahnstange. Alternatively, a plurality of movable toothing parts may be provided on the toothed rack, preferably in parallel alignment, particularly preferably on both sides of the first toothed part fixedly connected to the toothed rack, in particular for applying a symmetrical preload load to the mesh between the steering pinion and the toothed rack.

Die oben gestellte Aufgabe wird auch durch ein Zahnstangengetriebe für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs gelöst, wobei vorstehend beschriebene Zahnstange und ein mit dem ersten Verzahnungsteil und dem zweiten Verzahnungsteil gemeinsam in Eingriff stehendes Lenkritzel vorgesehen ist. The above object is also achieved by a rack and pinion gear for a steering system of a motor vehicle, wherein the rack described above and provided with the first gear member and the second gear member is engaged in common steering pinion.

Kurze Beschreibung der Figuren Brief description of the figures

Bevorzugte weitere Ausführungsformen und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen: Preferred further embodiments and aspects of the present invention are explained in more detail by the following description of the figures. Showing:

1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug; 1 a schematic perspective view of a steering system for a motor vehicle;

2 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Zahnstange eines Lenksystems; 2 a schematic perspective view of an embodiment of a rack of a steering system;

3 eine schematische perspektivische Detailansicht von Teilen der Zahnstange aus 2; 3 a schematic perspective detail view of parts of the rack 2 ;

4 die Zahnstange aus 2 in einer auseinandergezogenen schematischen Darstellung; und 4 the rack out 2 in an exploded schematic representation; and

5 eine schematische Seitenansicht eines Zahnstangenlenkgetriebes mit der Zahnstange aus den 2 bis 4. 5 a schematic side view of a rack steering gear with the rack from the 2 to 4 ,

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele Detailed description of preferred embodiments

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen bezeichnet und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird in der nachfolgenden Beschreibung teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden. In the following, preferred embodiments will be described with reference to the figures. In this case, identical, similar or equivalent elements in the different figures are denoted by identical reference numerals and a repeated description of these elements will be omitted in the following description in part in order to avoid redundancies.

In 1 ist eine schematische Darstellung eines Lenksystems 100 gezeigt, wobei ein Fahrer über ein Lenkrad 102 ein entsprechendes Drehmoment als Lenkbefehl in eine Lenkwelle 1 einbringen kann. Das Drehmoment wird dann über die Lenkwelle 1 auf ein Lenkritzel 104 übertragen, welches mit einer Zahnstange 106 kämmt, die dann ihrerseits über entsprechende Spurstangen 108 den vorgegebenen Lenkwinkel auf die lenkbaren Räder 110 des Kraftfahrzeugs überträgt. In 1 is a schematic representation of a steering system 100 shown being a driver via a steering wheel 102 a corresponding torque as a steering command in a steering shaft 1 can contribute. The torque is then transmitted via the steering shaft 1 on a steering pinion 104 Transferring with a rack 106 combs, which in turn on corresponding tie rods 108 the predetermined steering angle on the steerable wheels 110 of the motor vehicle transmits.

Eine elektrische Hilfskraftunterstützung kann in Form einer mit der Lenkwelle 1 gekoppelten Hilfskraftunterstützung 112, einer mit dem Ritzel 104 gekoppelten Hilfskraftunterstützung 114 und/oder einer mit der Zahnstange 106 gekoppelten Hilfskraftunterstützung 116 vorgesehen sein. Die jeweilige Hilfskraftunterstützung 112, 114 oder 116 trägt eine Hilfskraft in die Lenkwelle 1, das Lenkritzel 104 und/oder die Zahnstange 106 ein, wodurch der Fahrer bei der Lenkarbeit unterstützt wird. Die drei unterschiedlichen, in der 1 dargestellten Hilfskraftunterstützungen 112, 114 und 116 zeigen mögliche Positionen für deren Anordnung. Es sind auch andere Positionen denkbar. Üblicherweise ist nur eine einzige der gezeigten Positionen mit einer Hilfskraftunterstützung belegt und entsprechend nur eine einzige Hilfskraftunterstützung vorgesehen. An electric power assist may take the form of a steering shaft 1 coupled auxiliary assistance 112 , one with the pinion 104 coupled auxiliary assistance 114 and / or one with the rack 106 coupled auxiliary assistance 116 be provided. The respective assistant assistance 112 . 114 or 116 carries an auxiliary power in the steering shaft 1 , the steering pinion 104 and / or the rack 106 a, whereby the driver is assisted in the steering work. The three different, in the 1 illustrated auxiliary power assistance 112 . 114 and 116 show possible positions for their arrangement. There are also other positions conceivable. Usually, only a single of the positions shown is occupied by a power assistance and provided according to only a single power assistance.

Die Hilfskraft, welche zur Unterstützung des Fahrers mittels der jeweiligen Hilfskraftunterstützung 112, 114 oder 116 aufgebracht werden soll, wird unter Berücksichtigung eines von einem Drehmomentsensor 118 ermittelten Eingangsdrehmoments bestimmt. Alternativ oder in Kombination mit der Einbringung der Hilfskraft kann mit der Hilfskraftunterstützung 112, 114, 116 auch ein zusätzlicher Lenkwinkel in das Lenksystem eingebracht werden, der sich mit dem vom Fahrer über das Lenkrad 102 aufgebrachten Lenkwinkel summiert. The assistant, which in support of the driver by means of the respective auxiliary power assistance 112 . 114 or 116 is to be applied, taking into account one of a torque sensor 118 determined input torque. Alternatively or in combination with the introduction of the auxiliary power can help with the auxiliary power 112 . 114 . 116 Also, an additional steering angle can be introduced into the steering system, with the driver on the steering wheel 102 summed up applied steering angle.

Die Lenkwelle 1 weist eine mit dem Lenkrad 102 verbundene Eingangswelle 10 und eine mit der Zahnstage 106 über das Lenkritzel 104 verbundene Ausgangswelle 12 auf. Die Eingangswelle 10 und die Ausgangswelle 12 sind drehelastisch über einen in der 1 nicht zu erkennenden Drehstab miteinander gekoppelt. Damit führt ein von einem Fahrer über das Lenkrad 102 in die Eingangswelle 10 eingetragenes Drehmoment immer dann zu einer Relativdrehung der Eingangswelle 10 bezüglich der Ausgangswelle 12, wenn die Ausgangswelle 12 sich nicht exakt synchron zu der Eingangswelle 10 dreht. Diese Relativdrehung zwischen Eingangswelle 10 und Ausgangswelle 12 kann beispielsweise über einen Drehwinkelsensor gemessen werden und entsprechend aufgrund der bekannten Torsionssteifigkeit des Drehstabes ein entsprechendes Eingangsdrehmoment relativ zur Ausgangswelle bestimmt werden. Auf diese Weise wird durch die Bestimmung der Relativdrehung zwischen Eingangswelle 10 und Ausgangswelle 12 der Drehmomentsensor 118 ausgebildet. Ein solcher Drehmomentsensor 118 ist prinzipiell bekannt und kann beispielsweise in Form einer elektromagnetischen, optischen oder anderen Messung der Relativverdrehung der Eingangswelle 10 bezüglich der Ausgangswelle 12 realisiert werden. The steering shaft 1 has one with the steering wheel 102 connected input shaft 10 and one with the teeth 106 over the steering pinion 104 connected output shaft 12 on. The input shaft 10 and the output shaft 12 are torsionally elastic about one in the 1 unrecognizable torsion bar coupled together. This leads from a driver on the steering wheel 102 in the input shaft 10 registered torque always to a relative rotation of the input shaft 10 with respect to the output shaft 12 when the output shaft 12 not exactly in sync with the input shaft 10 rotates. This relative rotation between input shaft 10 and output shaft 12 can be measured for example via a rotation angle sensor and accordingly a corresponding input torque can be determined relative to the output shaft due to the known torsional stiffness of the torsion bar. In this way, by determining the relative rotation between the input shaft 10 and output shaft 12 the torque sensor 118 educated. Such a torque sensor 118 is known in principle and can, for example, in the form of an electromagnetic, optical or other measurement of the relative rotation of the input shaft 10 with respect to the output shaft 12 will be realized.

Entsprechend wird ein Drehmoment, welches von dem Fahrer über das Lenkrad 102 auf die Lenkwelle 1 beziehungsweise die Eingangswelle 10 aufgebracht wird, nur dann den Eintrag eines Hilfsdrehmoments durch eine der Hilfskraftunterstützungen 112, 114, 116 hervorrufen, wenn die Ausgangswelle 12 gegen den Drehwiderstand des Drehstabs relativ zu der Eingangswelle 10 verdreht wird. Accordingly, a torque which is transmitted from the driver via the steering wheel 102 on the steering shaft 1 or the input shaft 10 is applied, only the entry of an auxiliary torque by one of the auxiliary power assistance 112 . 114 . 116 cause when the output shaft 12 against the rotational resistance of the torsion bar relative to the input shaft 10 is twisted.

Der Drehmomentsensor 118 kann alternativ auch an der Position 118‘ angeordnet sein, wobei dann die Durchbrechung der Lenkwelle 1 in Eingangswelle 10 und Ausgangswelle 12 und die drehelastische Kopplung über den Drehstab entsprechend an einer anderen Position vorliegt, um aus der Relativverdrehung der über den Drehstab mit der Eingangswelle 10 gekoppelten Ausgangswelle 12 eine Relativdrehung und damit entsprechend ein Eingangsdrehmoment und/oder eine einzutragende Hilfskraft bestimmen zu können. The torque sensor 118 can alternatively also be at the position 118 ' be arranged, in which case the opening of the steering shaft 1 in input shaft 10 and output shaft 12 and the torsionally flexible coupling via the torsion bar is present at a different position, in order to prevent the relative rotation of the over the torsion bar with the input shaft 10 coupled output shaft 12 a relative rotation and thus to be able to determine an input torque and / or a registered auxiliary power.

Die Lenkwelle 1 in der 1 umfasst weiterhin mindestens ein kardanisches Gelenk 120, mittels welchem der Verlauf der Lenkwelle 1 im Kraftfahrzeug an die räumlichen und/oder baulichen Gegebenheiten angepasst werden kann. The steering shaft 1 in the 1 furthermore comprises at least one gimbal joint 120 , By means of which the course of the steering shaft 1 can be adapted in the motor vehicle to the spatial and / or structural conditions.

In den 2 bis 5 ist eine Zahnstange 106 in einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Zahnstange 106 erstreckt sich in ihrer Längsrichtung Z, die auch der Bewegungsrichtung der Zahnstange 106 zur Übertragung eines Lenkmoments an die zu lenkenden Räder entspricht. Die Zahnstange 106 weist in einem Bereich, der im Einbauzustand in Eingriff mit einem in den 2 bis 4 hier nicht gezeigten Lenkritzel steht, ein erstes Verzahnungsteil 2 auf, welches verschiebefest mit der Zahnstange 106 verbunden ist. Das erste Verzahnungsteil 2 erstreckt sich nicht über die gesamte Länge der Zahnstange 106, sondern ist nur in einem Abschnitt entlang der Längsachse Z vorgesehen. In the 2 to 5 is a rack 106 shown in an embodiment. The rack 106 extends in its longitudinal direction Z, which is also the direction of movement of the rack 106 corresponds to the transmission of a steering torque to the wheels to be steered. The rack 106 has in a region which in the installed state in engagement with a in the 2 to 4 Steering pinion, not shown here, a first gear part 2 on which sliding with the rack 106 connected is. The first gearing part 2 does not extend over the entire length of the rack 106 but is provided only in a section along the longitudinal axis Z.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das erste Verzahnungsteil 2 einstückig mit der Zahnstange 106 ausgebildet. In the embodiment shown, the first toothing part 2 integral with the rack 106 educated.

Alternativ zu der einstückigen Ausbildung mit der Zahnstange 106 kann das erste Verzahnungsteil 2 aber auch durch hier nicht gezeigte Positionier- und Verbindungselemente oder durch stoffschlüssige Verbindungsverfahren wie beispielsweise Schweißen verschiebefest mit der Zahnstange 106 verbunden werden. Alternatively to the one-piece design with the rack 106 can be the first gearing part 2 but also by not shown here positioning and connecting elements or by cohesive bonding methods such as welding against displacement with the rack 106 get connected.

Weiterhin weist die Zahnstange 106 ein in Richtung der Längsachse Z relativ zum ersten Verzahnungsteil 2 verschiebbar an der Zahnstange 106 angeordnetes zweites Verzahnungsteil 3 auf. Das erste Verzahnungsteil 2 und das zweite Verzahnungsteil 3 kommen mit dem in den 2 bis 4 nicht gezeigten Lenkritzel gemeinsam in Eingriff, um das Lenkmoment gemeinsam zu übertragen. Dieser Eingriff des Lenkritzels 104 in das erste Verzahnungsteil 2 und das zweite Verzahnungsteil 3 ist in einer schematischen Darstellung in 5 zu erkennen. Furthermore, the rack has 106 a in the direction of the longitudinal axis Z relative to the first toothing part 2 slidable on the rack 106 arranged second toothing part 3 on. The first gearing part 2 and the second gear part 3 come with that in the 2 to 4 not shown steering pinion engaged together to transmit the steering torque together. This engagement of the steering pinion 104 in the first gearing part 2 and the second gear part 3 is in a schematic representation in 5 to recognize.

Um den gemeinsamen Eingriff des Lenkritzels in das erste Verzahnungsteil 2 und das zweite Verzahnungsteil 3 zu ermöglichen, liegen die beiden Verzahnungsteile 2, 3 entsprechend nebeneinander und haben die gleiche Orientierung ihrer Zähne 22, 32. To the common engagement of the steering pinion in the first gear part 2 and the second gear part 3 to allow to lie, the two gearing parts 2 . 3 according to each other and have the same orientation of their teeth 22 . 32 ,

Das zweite Verzahnungsteil 3 ist bevorzugt parallel zum ersten Verzahnungsteil 2 angeordnet und parallel zu diesem verschiebbar. Die Zähne 32 des zweiten Verzahnungsteils 3 sind hierbei parallel zu den Zähnen 22 des ersten Verzahnungsteils 2 ausgerichtet, so dass das mit den Verzahnungsteilen 2, 3 in Eingriff stehende Lenkritzel unter Ausbildung einer parallelen, linienförmigen Anlage der Zahnflanken der Zähne 22, 32 der Verzahnungsteile 2, 3 und der Zahnflanken des Lenkritzels eine korrekte Zahnpaarung mit den Verzahnungsteilen 2, 3 der Zahnstange 106 eingeht. Zwei bezogen auf die Längsachse Z beidseitig des zweiten Verzahnungsteils 3 angeordnete Druckfedern 4 halten das zweite Verzahnungsteil 3 hierbei in einem unverbauten Zustand in einer definierten Position. The second gearing part 3 is preferably parallel to the first toothing part 2 arranged and displaceable parallel to this. The teeth 32 of the second toothing part 3 are parallel to the teeth 22 of the first gearing part 2 aligned, so that with the gearing parts 2 . 3 engaged steering pinion to form a parallel, linear arrangement of the tooth flanks of the teeth 22 . 32 the gearing parts 2 . 3 and the tooth flanks of the steering pinion a correct tooth pairing with the teeth parts 2 . 3 the rack 106 received. Two with respect to the longitudinal axis Z on both sides of the second toothing part 3 arranged compression springs 4 hold the second gearing part 3 here in an uninstalled state in a defined position.

Wie aus der Detaildarstellung in 3 ersichtlich, weisen die Zähne 32 des zweiten Verzahnungsteils 3 zu den Zähnen 22 des ersten Verzahnungsteils 2 in dieser Position in Richtung der Längsachse Z einen Versatz auf, welcher durch die mittels den Druckfedern 4 aufgebrachte Vorspannung definiert ist. As from the detailed representation in 3 The teeth are visible 32 of the second toothing part 3 to the teeth 22 of the first gearing part 2 in this position in the direction of the longitudinal axis Z an offset, which by the means of the compression springs 4 applied bias is defined.

Wie sich aus der auseinandergezogenen schematischen Darstellung der Lenkwelle in 4 ergibt, ist die Verschiebbarkeit des zweiten Verzahnungsteils 3 mittels einer Schwalbenschwanzführung bereitgestellt. Hierbei greift ein an dem zweiten Verzahnungsteil 3 angeordneter Schwalbenschwanzzapfen 38 in eine in der Ausnehmung 5 der Zahnstange 106 eingebrachte Schwalbenschwanznut 52. As can be seen from the exploded schematic representation of the steering shaft in 4 results, is the displaceability of the second toothing part 3 provided by a dovetail guide. This engages on the second toothing part 3 arranged swallowtail 38 in one in the recess 5 the rack 106 introduced dovetail groove 52 ,

Zur Positionssicherung der Druckfedern 4 weist das zweite Verzahnungsteil 3 stirnseitig jeweils eine Federaufnahme 36 auf. Koaxial zu den Federaufnahmen 36 sind in der Ausnahme 5 der Zahnstange 106 Senklöcher 54 vorgesehen, um die Druckfedern 4 zahnstangenseitig zu positionieren und ein Herausfallen zu verhindern. Hierdurch ist eine federnde Lagerung des zweiten Verzahnungsteils 3 in Richtung der Längsachse Z bereitgestellt. For securing the position of the compression springs 4 has the second toothing part 3 each end a spring receptacle 36 on. Coaxial with the spring retainers 36 are in the exception 5 the rack 106 sinkholes 54 provided to the compression springs 4 To position rack side and prevent falling out. As a result, a resilient mounting of the second toothing part 3 provided in the direction of the longitudinal axis Z.

5 zeigt die Zahnstange 106 aus den 2 bis 4 im Eingriff mit einem Lenkritzel 104 in einer schematischen Seitenansicht. Aufgrund der Anordnung der Druckfedern wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das erste Verzahnungsteil 2 an die rechte Zahnflanke 62 des in Zahneingriff stehenden Lenkritzelzahns 6 gedrückt und das zweite Verbindungselement 3 an die linke Zahnflanke 64 gedrückt. Entsprechend entsteht in der Verzahnung zwischen der Zahnstange 106 und dem Lenkritzel 104 eine Vorspannung, wodurch ein Verzahnungsspiel unterbunden wird. 5 shows the rack 106 from the 2 to 4 engaged with a steering pinion 104 in a schematic side view. Due to the arrangement of the compression springs in the present embodiment, the first gear part 2 to the right tooth flank 62 of the meshing steering pinion tooth 6 pressed and the second connection element 3 to the left flank 64 pressed. Accordingly arises in the toothing between the rack 106 and the steering pinion 104 a bias, whereby a gear play is prevented.

Die auf die Verzahnung wirkende Druckkraft kann hierbei auf verschiedene Weise aufgebracht werden. Einerseits kann die durch den Versatz zwischen dem ersten Verzahnungsteil 2 und dem zweiten Verzahnungsteil 3 vorliegende Lückenweite L zwischen einer ersten Zahnflanke 24 eines Zahns 22 des ersten Verzahnungsteils 2 und einer der ersten Zahnflanke 24 gegenüberliegender zweiten Zahnflanke 34 eines Zahns 32 des zweiten Verzahnungsteils 3 geringer sein, als die Zahnbreite B des Lenkritzelzahns 6. Bei einem Zusammenbau der Fahrzeuglenkung bewirkt das Einsetzen des Lenkritzels 104 eine Aufweitung der Lückenweite L beziehungsweise ein Verschieben des zweiten Verzahnungsteils 3 gegen die Federkraft der die Vorspannkraft erzeugenden Druckfeder 4, was zu einer Vorspannung zwischen Lenkritzel 104 und Zahnstange 106 führt. The pressure force acting on the toothing can be applied in different ways. On the one hand, by the offset between the first toothing part 2 and the second gear part 3 present gap width L between a first tooth flank 24 a tooth 22 of the first gearing part 2 and one of the first tooth flank 24 opposite second tooth flank 34 a tooth 32 of the second toothing part 3 be less than the tooth width B of the steering pinion tooth 6 , In an assembly of the vehicle steering causes the onset of the steering pinion 104 an expansion of the gap width L or a displacement of the second toothing part 3 against the spring force of the biasing force generating compression spring 4 , resulting in a bias between steering pinion 104 and rack 106 leads.

Alternativ kann das zweite Verzahnungsteil 3 vor dem Zusammenbau bevorzugt mittels einer hier nicht gezeigten Vorrichtung entlang der Längsachse Z in eine definierte Position ausgelenkt werden. Nach Einsetzen des Lenkritzels 104 und Entfernen der Vorrichtung drückt das zweite Verzahnungsteil 3 entgegen der Richtung der Auslenkung gegen den Lenkritzelzahn 6, wodurch die Vorspannung entsteht. Alternatively, the second toothing part 3 before assembly preferably by means of one here Device not shown along the longitudinal axis Z are deflected in a defined position. After inserting the steering pinion 104 and removing the device presses the second gear part 3 against the direction of the deflection against the steering pinion tooth 6 , whereby the bias arises.

Zur Erhöhung der Vorspannkraft kann nach dem Zusammenbau die nicht zur Vorspannung von Lenkritzel 104 und Zahnstange 106 benötigte Druckfeder 4, hier beispielsweise die rechte Druckfeder in 4, zur nochmaligen Erhöhung der Vorspannkraft herausgenommen werden. Durch die Auswahl starker Druckfedern mit steilen Federkennlinien kann bereits bei einer geringen Auslenkung eine hohe Vorspannkraft auf das Zahnstangenlenkgetriebe aufgebracht werden. To increase the preload force can not after assembly to the bias of steering pinion 104 and rack 106 required compression spring 4 , here for example the right compression spring in 4 , be taken out to increase the preload force again. By selecting strong compression springs with steep spring characteristics, a high preload force can be applied to the rack and pinion steering gear even at a low deflection.

Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den einzelnen Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Where applicable, all individual features illustrated in the individual embodiments may be combined and / or interchanged without departing from the scope of the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Lenkwelle steering shaft
10 10: Eingangswelle input shaft
12 12: Ausgangswelle output shaft
100 100: Lenksystem steering system
102 102: Lenkrad steering wheel
104 104: Lenkritzel steering pinion
106 106: Zahnstange rack
108 108: Spurstange tie rod
110 110: Lenkbares Rad Steerable wheel
112 112: Hilfskraftunterstützung Power assistance
114 114: Hilfskraftunterstützung Power assistance
116 116: Hilfskraftunterstützung Power assistance
118 118: Drehmomentsensor torque sensor
118’ 118 ': Drehmomentsensor torque sensor
120 120: Kardanisches Gelenk Cardan joint
2 2: Erstes Verzahnungsteil First toothing part
22 22: Zahn des ersten Verzahnungsteils Tooth of the first toothing part
24 24: Erste Zahnflanke eines Zahns des ersten Verzahnungsteils First tooth flank of a tooth of the first toothing part
3 3: Zweites Verzahnungsteil Second toothing part
32 32: Zahn des zweiten Verzahnungsteil Tooth of the second toothing part
34 34: Zweite Zahnflanke eines Zahns des zweiten Verzahnungsteils Second tooth flank of a tooth of the second toothing part
36 36: Federaufnahme spring mount
38 38: Schwalbenschwanzzapfen male dovetail
4 4: Druckfeder compression spring
5 5: Ausnehmung recess
52 52: Schwalbenschwanznut dovetail
54 54: Senkloch sink hole
6 6: Lenkritzelzahn Steering pinion
62 62: Rechte Zahnflanke eines Lenkritzelzahns Right tooth flank of a steering pinion tooth
64 64: Linke Zahnflanke eines Lenkritzelzahns Left tooth flank of a steering pinion tooth
B B: Zahnbreite tooth width
L L: Lückenweite gap width
Z Z: Längsachse der Zahnstange Longitudinal axis of the rack

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102011018568 A1 [0004]

Claims

Rack ( 106 ) for a steering system of a motor vehicle, comprising at least in a section along the longitudinal axis (Z) of the rack ( 106 ) extending first toothing part ( 2 ) for engagement with a steering pinion ( 104 ), characterized in that a relative to the first toothing part ( 2 ) in the direction of the longitudinal axis (Z) displaceable second toothing part ( 3 ) is provided and the first toothing part ( 2 ) and the second toothing part ( 3 ) together with the steering pinion ( 104 ) are engageable.

Rack ( 106 ) according to claim 1, characterized in that the second toothing part ( 3 ) parallel to the first toothing part ( 2 ) is arranged.

Rack ( 106 ) According to claim 1 or 2, characterized in that (between the first toothed piece 2 ) and the second toothing part ( 3 ) at least one biasing element ( 4 ) for biasing the first toothing part ( 2 ) against the second toothing part ( 3 ) is provided, preferably for biasing the first toothing part ( 2 ) and the second toothing part ( 3 ) on respective opposite tooth flanks ( 62 . 64 ) of the steering pinion ( 104 ).

Rack ( 106 ) according to claim 3, characterized in that between the first toothing part ( 2 ) and the second toothing part ( 3 ) at least two biasing elements ( 4 ) are provided, preferably each a biasing element ( 4 ) at each front end of the second toothing part ( 3 ).

Rack ( 106 ) according to claim 3 or 4, characterized in that at least one biasing element ( 4 ) is formed as along the longitudinal axis (Z) acting compression spring.

Rack ( 106 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first toothing part ( 2 ) sliding on the rack ( 106 ) is arranged.

Rack ( 106 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first toothing part ( 2 ) in one piece with the rack ( 106 ) and is preferably produced by forging, cold forming or drop forging.

Rack ( 106 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the second toothing part ( 3 ) in a along the longitudinal direction (Z) in the rack ( 106 ) extending recess ( 5 ) is arranged.

Rack ( 106 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the second toothing part ( 3 ) on the rack ( 106 ) is slidably held in a linear guide, preferably in a dovetail guide ( 38 . 52 ).

Rack and pinion gear for a steering system of a motor vehicle, characterized by a rack according to one of the preceding claims and one with the first gear part ( 2 ) and the second toothing part ( 3 ) jointly engaged steering pinion ( 104 ).