DE102016212814A1

DE102016212814A1 - Steering for a motor vehicle, in particular for a commercial vehicle, with steering shaft and ball screw nut

Info

Publication number: DE102016212814A1
Application number: DE102016212814.0A
Authority: DE
Inventors: André Huk; Jens Rogall; Thomas Grünberg-Reichert; Marco Vogt
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-07-13
Filing date: 2016-07-13
Publication date: 2018-01-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkung für ein Kraftfahrzeug mit einer Lenkwelle (12), die zumindest teilweise einen Spindelabschnitt (14) mit einer diesen Spindelabschnitt (14) umgebenden Kugelgewindemutter (16) umfasst, wobei die Kugelgewindemutter (16) derart funktional mit der Lenkwelle (12) verbunden ist, dass diese bei Rotation der Lenkwelle (12) in axialer Richtung entlang der Lenkwelle (12) verfahren wird, wobei die Kugelgewindemutter (16) zumindest über einen Teil ihres Verfahrweges von einem Gehäuse (28) umgeben ist, wobei das Gehäuse (28) derart beabstandet zu der Kugelgewindemutter (16) angeordnet ist, dass die Kugelgewindemutter (16) in allen bestimmungsgemäßen Betriebszuständen der Lenkung (10) kontaktfrei gegenüber dem Gehäuse (28) angeordnet ist.The invention relates to a steering system for a motor vehicle having a steering shaft (12) which at least partially comprises a spindle section (14) with a ball screw nut (16) surrounding said spindle section (14), said ball screw nut (16) being so functionally connected to said steering shaft (12 ) is moved during rotation of the steering shaft (12) in the axial direction along the steering shaft (12), wherein the ball screw nut (16) at least over part of its travel path of a housing (28) is surrounded, wherein the housing ( 28) is arranged at such a distance from the ball screw nut (16) that the ball screw nut (16) is arranged contact-free with respect to the housing (28) in all intended operating states of the steering system (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, mit einer Lenkwelle, die zumindest teilweise einen Spindelabschnitt mit einer diesen Spindelabschnitt umgebenden Kugelgewindemutter umfasst, wobei die Kugelgewindemutter derart funktional mit der Lenkwelle verbunden ist, dass diese bei Rotation der Lenkwelle in axialer Richtung entlang der Lenkwelle verfahren wird, wobei die Kugelgewindemutter zumindest über einen Teil ihres Verfahrweges von einem Gehäuse umgeben ist. Bei Nutzfahrzeugen ist die vorstehend genannte Lenkwelle in der Regel eine Lenk-Eingangswelle, über welche ein Handlenkmoment von einem Fahrzeugführer manuell in die Lenkung eingeleitet wird. Als Nutzfahrzeug-Lenkungen werden vorliegend solche Lenkungen angesehen, bei welchen – insbesondere aufgrund eines hohen Fahrzeuggewichts von meist mehreren Tonnen – hohe Drehmomente für Lenkbewegungen benötigt werden, insbesondere wenn die Räder bei stehendem Fahrzeug betätigt werden sollen. Mit hohen Drehmomenten sind insbesondere mindestens 5000 Nm, mindestens 6000 Nm, mindestens 7000 Nm oder mindestens 8000 Nm. The invention relates to a steering system for a motor vehicle, in particular for a commercial vehicle, with a steering shaft which at least partially comprises a spindle section with a ball screw nut surrounding this spindle section, wherein the ball screw nut is so functionally connected to the steering shaft that in axial Direction along the steering shaft is moved, wherein the ball screw nut is surrounded at least over part of its travel by a housing. In commercial vehicles, the aforementioned steering shaft is usually a steering input shaft, via which a manual steering torque is manually initiated by a driver in the steering. In the present case, such steering systems are considered as commercial vehicle steering systems, in which high torques for steering movements are required, in particular if the wheels are to be actuated when the vehicle is stationary, in particular due to a high vehicle weight of usually several tons. With high torques are in particular at least 5000 Nm, at least 6000 Nm, at least 7000 Nm or at least 8000 Nm.

Aus JP 05124531 A ist eine motorisch angetriebene Lenkvorrichtung für Gabelstapler mit einer entlang einer Lenkwelle axial verfahrbaren Kugelgewindemutter und Drehmomentsensor bekannt, deren Drehmomentsensor für Anwendungsfälle mit niedrigen Radlasten und hohen Geschwindigkeiten verbessert sein soll. Zum Verhalten der Kugelgewindemutter bei hohen Lenklasten und zur Lagerung der Lenkwelle sind der Druckschrift keine Details zu entnehmen. Out JP 05124531 A is a motor-driven steering device for forklifts with a along a steering shaft axially movable ball screw nut and torque sensor whose torque sensor for applications with low wheel loads and high speeds to be improved. For the behavior of the ball screw nut at high steering loads and the bearing of the steering shaft of the document are no details refer to.

Aus DE 1 290 835 A ist ein Lenkgetriebe mit einer Kugelumlaufmutter bekannt, dessen Kugelumlaufmutter bei starker Belastung an zwei Außenflächen in einer zylindrischen Bohrung eines die Kugelumlaufmutter umgebenden Gehäuses geführt wird. Out DE 1 290 835 A is a steering gear with a ball nut known, the ball nut is performed under heavy load on two outer surfaces in a cylindrical bore of a surrounding ball nut housing.

Aus DE 10 2012 111 211 A1 ist eine Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge mit reversibler Pumpe bekannt, bei welcher eine als Kugelmutter bezeichnete Kugelgewindemutter wie ein Kolben eines Zylinders wirkend an einer Außenwand eines hohlzylindrischen Gehäuses anliegend und gegenüber dem Gehäuse abgedichtet angeordnet ist. Out DE 10 2012 111 211 A1 is a power steering system for motor vehicles with reversible pump is known in which a ball nut referred to as a ball nut acting as a piston of a cylinder acting on an outer wall of a hollow cylindrical housing fitting and sealed relative to the housing.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenkung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, zur Verfügung zu stellen, die einen hohen Wirkungsgrad aufweist und nur wenig Bauraum benötigt. The invention has for its object to provide a steering for a motor vehicle, in particular for a commercial vehicle, available, which has a high efficiency and requires little space.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben. The object is achieved according to the invention by the features of claim 1. Further practical embodiments and advantages of the invention are described below in conjunction with the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Lenkung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Lenkwelle, die zumindest teilweise einen Spindelabschnitt mit einer diesen Spindelabschnitt umgebenden Kugelgewindemutter umfasst. Die Kugelgewindemutter ist dabei derart funktional mit der Lenkwelle verbunden, dass diese bei Rotation der Lenkwelle in axialer Richtung entlang der Lenkwelle verfahren wird. Die Kugelgewindemutter ist zumindest über einen Teil ihres Verfahrweges von einem Gehäuse umgeben, wobei das Gehäuse derart beabstandet zu der Kugelgewindemutter angeordnet ist, dass die Kugelgewindemutter in allen bestimmungsgemäßen Betriebszuständen der Lenkung kontaktfrei gegenüber dem Gehäuse angeordnet ist. Dazu ist ein ausreichend breit dimensionierter Spalt zwischen der Kugelgewindemutter und dem Gehäuse vorgesehen, um jeglichen Kontakt und eine daraus resultierende Reibung zwischen der Kugelgewindemutter und dem Gehäuse zu vermeiden. Mit anderen Worten ausgedrückt, weist die Kugelgewindemutter auch in Lenkzuständen mit hohen, auf die Kugelgewindemutter in Richtung des Gehäuses wirkenden Kräften keinen Kontakt zum Gehäuse auf. Die Reibung während des Verfahrens der Kugelgewindemutter ist daher besonders gering, wodurch eine Lenkung mit hohem Wirkungsgrad erzielt wird. Wie nachfolgend noch im Detail erläutert werden wird, lässt sich eine erfindungsgemäße Lenkung vorteilhaft mit einer elektrisch angetriebenen Lenkhilfsvorrichtung kombinieren, insbesondere mit einer ausschließlich elektrisch angetrieben Lenkhilfsvorrichtung. Ein mit der erfindungsgemäßen Lenkung verbundener großer Vorteil ergibt sich, wenn die Kugelgewindemutter Teil eines sogenannten Handpfades ist, über welchen ein Handlenkmoment eines Fahrzeugführers in die Lenkung eingeleitet werden kann. In diesem Fall kann mit den meisten Kraftfahrzeugen, insbesondere auch mit vielen Nutzfahrzeugen, der sogenannte ECE-R 79 Test dadurch bestanden werden, dass Kraftfahrzeuge mit einer Lenkhilfsvorrichtung – auch bei Ausfall der Lenkhilfsvorrichtung – aufgrund der geringen Reibung und des hohen Wirkungsgrades durch Aufbringen eines Handlenkmoments ausreichend lenkbar bleiben. A steering system according to the invention for a motor vehicle comprises a steering shaft which at least partially comprises a spindle section with a ball screw nut surrounding this spindle section. The ball screw nut is so functionally connected to the steering shaft that it is moved in rotation of the steering shaft in the axial direction along the steering shaft. The ball screw nut is surrounded by a housing at least over part of its travel, wherein the housing is arranged at such a distance from the ball screw nut that the ball screw nut is arranged in all intended operating states of the steering without contact with respect to the housing. For this purpose, a sufficiently wide-sized gap between the ball screw nut and the housing is provided in order to avoid any contact and consequent friction between the ball screw nut and the housing. In other words, the ball screw nut has no contact with the housing even in steering states with high forces acting on the ball screw nut in the direction of the housing. The friction during the process of ball screw nut is therefore particularly low, whereby a steering with high efficiency is achieved. As will be explained in detail below, a steering system according to the invention can advantageously be combined with an electrically driven power steering device, in particular with an exclusively electrically driven power steering device. A great advantage associated with the invention steering results when the ball screw nut is part of a so-called hand path over which a manual steering torque of a driver can be introduced into the steering. In this case, with most motor vehicles, especially with many commercial vehicles, the so-called ECE-R 79 test be passed that motor vehicles with a steering aid - even in case of failure of the steering aid - due to the low friction and high efficiency by applying a manual steering torque stay sufficiently steerable.

Um den Wirkungsgrad einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung weiter zu erhöhen, kann die Lenkwelle ausschließlich mittels Wälzlagern gelagert sein, d.h. mit Lagern, in welchen – insbesondere in Abgrenzung zu Gleitlagern – abrollende Wälzkörper eingesetzt werden, die meist zwischen einem Innenring und einem Außenring angeordnet sind. Zu solchen Wälzlagern zählen insbesondere Kugellager, Zylinderrollenlager und Tonnenlager. In order to further increase the efficiency of a steering device according to the invention, the steering shaft may be supported exclusively by means of rolling bearings, i. with bearings, in which - in particular in contrast to plain bearings - rolling rolling elements are used, which are usually arranged between an inner ring and an outer ring. Such rolling bearings include in particular ball bearings, cylindrical roller bearings and roller bearings.

In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lenkung ist die Lenkwelle in radialer Richtung relativ zu dem Gehäuse verstellbar ausgebildet. In diesem Fall lässt sich die Lenkwelle in einer sich quer, bevorzugt ungefähr senkrecht (d.h. in einem Winkel von 90° +/– 10°), zur axialen Richtung der Lenkwelle erstreckenden Richtung verstellen. Dadurch können das Flankenspiel einer Verzahnung zwischen einem Zahnstangenabschnitt der Kugelgewindemutter und einem damit kämmenden Zahnsegmentabschnitt einer Abtriebswelle eingestellt und/oder ein etwaiges Lagerspiel eines Wälzlagers und/oder Fertigungstoleranzen des Gehäuses ausgeglichen werden. Ggf. kann in diesem Fall auf kostengünstigere Wälzlager mit größeren Fertigungstoleranzen zurückgegriffen werden, weil die Toleranzen mittels der Verstellbarkeit ausgeglichen werden können. Durch Ausgleich des erwähnten Lagerspiels der Wälzlager kann ferner akustischen Nachteilen, beispielsweise verursacht durch Lagergeräusche, entgegengewirkt werden. Eine Verstellbarkeit der Lenkwelle innerhalb des Gehäuses in einer Richtung radial zur Lenkwelle kann zu diesen Zwecken insbesondere innerhalb eines Bereiches von 0,01 mm bis 1,5 mm vorgesehen sein, bevorzugt auch nur in einem Bereich bis zu 0,5 mm oder bis zu 0,4 mm. In a practical embodiment of a steering system according to the invention, the steering shaft is designed to be adjustable in the radial direction relative to the housing. In this case, the steering shaft can be adjusted in a transverse, preferably approximately perpendicular (ie at an angle of 90 ° +/- 10 °), to the axial direction of the steering shaft extending direction. As a result, the backlash of a toothing between a toothed rack section of the ball screw nut and a toothed segment section of an output shaft meshing therewith can be adjusted and / or any bearing clearance of a rolling bearing and / or manufacturing tolerances of the housing can be compensated. Possibly. can be used in this case to lower-cost rolling bearings with larger manufacturing tolerances, because the tolerances can be compensated by means of adjustability. By balancing the mentioned bearing clearance of the rolling bearing can also acoustic disadvantages, for example caused by bearing noise, are counteracted. An adjustability of the steering shaft within the housing in a direction radial to the steering shaft can be provided for these purposes, in particular within a range of 0.01 mm to 1.5 mm, preferably only in a range up to 0.5 mm or up to 0 , 4 mm.

Eine Verstellbarkeit der Lenkwelle gegenüber dem Gehäuse kann auch federbelastet realisiert sein, insbesondere derart, dass die Anpresskraft während des Betriebes der Lenkung annähernd konstant bleibt. An adjustability of the steering shaft relative to the housing can also be realized spring-loaded, in particular such that the contact pressure remains approximately constant during operation of the steering.

Wenn die Lenkwelle mittels mindestens eines Wälzlagers gelagert ist, ist es vorteilhaft, wenn die Lenkwelle zusammen mit mindestens einem Wälzlager in radialer Richtung der Lenkwelle verstellbar ausgebildet ist. Das Wort verstellbar umfasst dabei sowohl ein translatorisches Verstellen als auch ein Verstellen in Form eines Verschwenkens. Eine gemeinsame Verstellung der Lenkwelle und eines Wälzlagers bietet den Vorteil, dass eine bereits voreingestellte Lagerposition der Lenkwelle nicht durch das Verstellen der Lenkwelle innerhalb des Gehäuses verändert wird. Ein etwaiges zweites Wälzlager, welches beabstandet von dem ersten Wälzlager angeordnet ist, sollte – wenn es nicht selbst ebenfalls verstellbar ausgebildet ist, eine an den Verstellbereich des verstellbaren Wälzlagers angepasste Winkeltoleranz aufweisen, um ein vorzeitiges Materialversagen des zweiten Lagers zu vermeiden. Dazu muss ggf. auch auf geeignete Wälzlagertypen zurückgegriffen werden. If the steering shaft is supported by means of at least one roller bearing, it is advantageous if the steering shaft is designed to be adjustable together with at least one rolling bearing in the radial direction of the steering shaft. The word adjustable encompasses both a translational adjustment and an adjustment in the form of a pivoting. A common adjustment of the steering shaft and a roller bearing offers the advantage that an already preset bearing position of the steering shaft is not changed by the adjustment of the steering shaft within the housing. A possible second rolling bearing, which is arranged at a distance from the first rolling bearing, should - if it is not itself also adjustable, have an adapted to the adjustment of the adjustable bearing angle tolerance in order to avoid premature failure of the second bearing material. If necessary, suitable rolling bearing types must be used.

Montagetechnisch und/oder bezüglich der Justierung eines verstellbaren Wälzlagers kann es vorteilhaft sein, wenn das Wälzlager in einer separaten Lageraufnahmebuchse angeordnet ist und die Lageraufnahmebuchse verstellbar gegenüber dem Gehäuse angeordnet ist. In diesem Fall kann die Relativlage zwischen Wälzlager und Lagerbuchse einmalig bei der Montage des Wälzlagers festgelegt werden. Zur Veränderung der Relativlage zwischen Lenkwelle und Gehäuse kann dann die Lageraufnahmebuchse gemeinsam mit dem montierten Wälzlager verstellt werden, so dass die einmalig justierte Relativlage zwischen Lenkwelle und Wälzlager sowie zwischen Wälzlager und Lagerbuchse zur Verstellung der Lenkwelle gegenüber dem Gehäuse nicht mehr verändert werden muss. Eine Lageraufnahmebuchse kann einfach und kostengünstig beispielsweise mittels einer Langloch-Schraubverbindung gegenüber dem Gehäuse verstellbar sein. Alternativ und/oder in Ergänzung kann mittels einer Exzenterschraube mittels einer anders ausgebildeten Justiervorrichtung, insbesondere einer Justiervorrichtung zur Feinjustierung, eine Möglichkeit zur Feinjustierung einer Lageraufnahmebuchse gegenüber einem Gehäuse vorgesehen sein. Assembly technology and / or with respect to the adjustment of an adjustable rolling bearing, it may be advantageous if the rolling bearing is arranged in a separate bearing receiving bush and the bearing receiving bush is arranged adjustable relative to the housing. In this case, the relative position between the rolling bearing and bearing bush can be set once during assembly of the bearing. To change the relative position between the steering shaft and housing then the bearing receiving sleeve can be adjusted together with the assembled bearings, so that the once adjusted relative position between the steering shaft and bearings and between bearings and bearing bush for adjusting the steering shaft relative to the housing no longer needs to be changed. A bearing receiving socket can be easily and inexpensively adjustable, for example by means of a slot screw relative to the housing. Alternatively and / or in addition, by means of an eccentric screw by means of a differently designed adjusting device, in particular an adjusting device for fine adjustment, a possibility for fine adjustment of a bearing receiving socket relative to a housing can be provided.

Weitere Vorteile einer erfindungsgemäßen Lenkung ergeben sich, wenn ein für das Zusammenwirken mit der Kugelgewindemutter vorgesehener Spindelabschnitt der Lenkwelle mittels des sogenannten Wirbelfräsens hergestellt ist. Beim sogenannten Wirbelfräsen handelt es sich um ein Trockenbearbeitungsverfahren, das effizienter durchgeführt werden kann als beispielsweise die Herstellung eines Spindelabschnitts durch schleifende Bearbeitung. Ferner kann bei Erzeugung eines Spindelabschnitts mittels Wirbelfräsen eine Länge des erzeugten Spindelabschnitts für die Anordnung einer Kugelgewindemutter genutzt werden, so dass sich auch Bauraumvorteile ergeben. Further advantages of a steering according to the invention will become apparent if a spindle section of the steering shaft provided for cooperation with the ball screw nut is produced by means of so-called whirl milling. Whirl milling is a dry machining process that can be performed more efficiently than, for example, machining a spindle section by grinding. Furthermore, when generating a spindle section by means of whirl milling, a length of the generated spindle section can be used for the arrangement of a ball screw nut, so that there are also space advantages.

Eine besonders kompakte Lenkung lässt sich insbesondere erzielen, wenn das Verhältnis zwischen der für die Lenkung von der Kugelgewindemutter im bestimmungsgemäßen Betrieb genutzten Spindellänge L zu der bearbeiteten Spindellänge L_B größer ist als 0,6, bevorzugt größer als 0,7, weiter bevorzugt größer als 0,8 und besonders bevorzugt größer als 0,9. Je größer der nutzbare Längenanteil des Spindelabschnitts ist, desto geringer ist der ungenutzte Bereich der Spindel, welcher Bauraum in Anspruch nimmt, ohne eine zusätzliche Funktion bereitzustellen. Die genannten Verhältnisse lassen sich einfach und kostengünstig durch Herstellung eines Spindelabschnitts einer erfindungsgemäßen Lenkung mittels Wirbelfräsen erreichen. A particularly compact steering can be achieved in particular if the ratio between the spindle length L used for the steering from the ball screw nut during normal operation to the machined spindle length L _{B is} greater than 0.6, preferably greater than 0.7, more preferably greater than 0.8 and more preferably greater than 0.9. The larger the usable length portion of the spindle portion, the lower the unused area of the spindle, which takes up space, without providing an additional function. The conditions mentioned can be achieved simply and inexpensively by producing a spindle section of a steering system according to the invention by means of whirl milling.

Die Erfindung ist insbesondere für Lenkungen vorgesehen, bei welchen mit Hilfe der Kugelgewindemutter ein fest mit der Kugelgewindemutter funktional verbundener oder an dieser ausgebildeter Zahnstangenabschnitt verfahrbar ist, welcher in kämmendem Eingriff mit einem Zahnsegment einer Abtriebswelle der Lenkung und/oder bei welchem die Kugelgewindemutter in funktionaler Verbindung mit einem sogenannten Pitmanarm steht. Derartige Lenkungen, insbesondere solche, bei welchen mittels der Kugelgewindemutter über ein Zahnsegment eine Abtriebswelle verschwenkt wird, welche drehfest mit einem Pitmanarm verbunden ist, sind insbesondere von Nutzfahrzeugen bekannt. The invention is particularly intended for steering systems in which by means of the ball screw nut a fixedly connected to the ball screw nut or formed on this rack section is movable, which in meshing engagement with a toothed segment of an output shaft of the steering and / or in which the ball screw nut in a functional connection with a so-called Pitmanarm stands. such Steering, in particular those in which by means of the ball screw nut via a toothed segment, an output shaft is pivoted, which is rotatably connected to a Pitmanarm, are known in particular from commercial vehicles.

In Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Lenkung ist es vorteilhaft, wenn für die Abstützung der Kugelgewindemutter gegenüber auf dieser einwirkenden Kräften in diesem Fall durch die Verzahnung mit der Abtriebswelle erfolgt. In conjunction with a steering system according to the invention, it is advantageous for the support of the ball screw nut against acting on this forces in this case by the teeth with the output shaft.

Um eine ausreichende Abstützung der Kugelgewindemutter, auch bei hohen auf die Kugelgewindemutter in Richtung des Gehäuses wirkenden Kräften sicherzustellen, wird der Modul der Verzahnung zwischen dem Zahnstangenabschnitt der Kugelgewindemutter und dem Zahnsegmentabschnitt der Abtriebswelle zwischen 5 mm und 50 mm festgelegt, insbesondere zwischen 5 mm und 30 mm und besonders bevorzugt zwischen 5 mm und 20 mm. In order to ensure sufficient support of the ball screw nut, even at high forces acting on the ball screw nut in the direction of the housing forces, the module of the toothing between the rack portion of the ball screw nut and the toothed segment portion of the output shaft between 5 mm and 50 mm set, in particular between 5 mm and 30 mm and more preferably between 5 mm and 20 mm.

Alternativ oder in Ergänzung dazu wird die Verzahnungsbreite zwischen 20 mm und 120 mm gewählt, insbesondere zwischen 40 mm und 120 mm und bevorzugt zwischen 60 mm und 120 mm festgelegt. Durch die vorgeschlagenen Wertekombinationen aus Modul und Verzahnungsbreite wird insbesondere eine ausreichende Abstützung der Kugelgewindemutter mittels des Zahnstangenabschnitts gegenüber eines mit diesem Zahnstangenabschnitt kämmenden Zahnsegments erzielt, so dass einem Lösen der Verzahnung oder einem Verkanten des Zahnsegmentabschnitts gegenüber dem Zahnstangenabschnitt der Kugelgewindemutter wirksam entgegengewirkt wird. Alternatively or in addition to the tooth width between 20 mm and 120 mm is selected, in particular between 40 mm and 120 mm, and preferably set between 60 mm and 120 mm. The proposed value combinations of module and tooth width, in particular sufficient support of the ball screw nut is achieved by means of the rack portion relative to a toothed rack section with this rack segment, so that a release of the toothing or tilting of the toothed segment portion against the rack portion of the ball screw nut is effectively counteracted.

Eine wie vorstehend beschriebene Lenkung wurde insbesondere für Nutzfahrzeug-Lenkungen konzipiert, bei welchen die Kugelgewindemutter funktional über einen Handpfad mit einer Abtriebswelle verbunden ist und die Abtriebswelle ferner funktional über einen zweiten, separaten Hilfsmomentenpfad mit einer Lenkhilfsvorrichtung verbunden ist. In diesem Fall kann es sich bei dem Handpfad insbesondere um einen reinen Handpfad handeln, über welchen beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Lenkung ausschließlich ein Handlenkmoment eines Fahrzeugführers eingeleitet wird. Über einen weiteren, separaten Hilfsmomentenpfad kann bedarfsweise ein Lenkhilfsmoment von einer Lenkhilfsvorrichtung bereitgestellt werden. Dieses Lenkhilfsmoment wird nicht über die Kugelgewindemutter oder einen funktional damit verbundenen oder daran ausgebildeten Zahnstangenabschnitt auf die Abtriebswelle übertragen, sondern über eine andere Kopplungsstelle in die Abtriebswelle eingeleitet. Als Lenkhilfsvorrichtung kann insbesondere ein Elektromotors und ein zwischen Elektromotor und Abtriebswelle angeordnetes Hochübersetzungsgetriebe dienen, insbesondere auch eine Kombination aus einem Stirnradgetriebe und einem Zykloidgetriebe. Mit einer derartigen Anordnung kann insbesondere eine Lenkung mit Abtriebswelle eines Nutzfahrzeuges sehr reibungsarm gestaltet werden. Die Abtriebswellen derartiger Lenkungen weisen üblicherweise einen drehfest mit der Abtriebswelle verbundenen Pitmanarm auf, um mit dem Pitmanarm verbundene Lenkstangen anzutreiben. Der Pitmanarm ist üblicherweise ausgehend von einer Neutralstellung um ca. 50° (+/–10°) nach rechts und nach links verschwenkbar. A steering system as described above has been designed in particular for commercial vehicle steering systems, in which the ball screw nut is functionally connected to an output shaft via a manual path and the output shaft is also functionally connected to a steering aid via a second, separate auxiliary torque path. In this case, the manual path can in particular be a pure hand path, via which only a manual steering torque of a vehicle driver is initiated when the steering is used as intended. If necessary, a steering assist torque can be provided by a steering assistance device via a further, separate auxiliary torque path. This steering assist torque is not transmitted to the output shaft via the ball screw nut or a toothed rack section functionally connected thereto or formed thereon, but instead introduced into the output shaft via another coupling point. In particular, an electric motor and a high-ratio gearbox arranged between the electric motor and the output shaft can serve as a steering assisting device, in particular also a combination of a spur gear drive and a cycloidal gearbox. With such an arrangement, in particular a steering with output shaft of a commercial vehicle can be designed very low friction. The output shafts of such steering systems usually have a pit arm connected in a rotationally fixed manner to the output shaft in order to drive steering rods connected to the pitman arm. The pitman arm is usually pivoted from a neutral position by about 50 ° (+/- 10 °) to the right and to the left.

Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: Further practical embodiments of the invention are described below in conjunction with the drawings. Show it:

1 eine erfindungsgemäße Lenkung in einer Schnittdarstellung durch die Rotationsachse R einer Lenkwelle, 1 a steering according to the invention in a sectional view through the axis of rotation R of a steering shaft,

2 die erfindungsgemäße Lenkung aus 2 in einer geschnittenen perspektivischen Darstellung, 2 the steering of the invention 2 in a sectional perspective view,

3 die Anordnung nur der Lenkwelle, der Kugelgewindemutter und der Abtriebswelle aus den 1 und 2 in einer perspektivischen Darstellung, 3 the arrangement of only the steering shaft, the ball screw nut and the output shaft of the 1 and 2 in a perspective view,

4 die Anordnung aus 3 in einer Draufsicht, und 4 the arrangement 3 in a plan view, and

5 nur die Lenkwelle aus den 1 bis 4 mit dem daran ausgebildeten Spindelabschnitt in einer Seitenansicht. 5 only the steering shaft from the 1 to 4 with the spindle section formed thereon in a side view.

In den 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Lenkung 10 dargestellt. An einer Lenkwelle 12 ist ein Spindelabschnitt 14 ausgebildet, welcher von einer Kugelgewindemutter 16 umgeben ist. Die Lenkwelle 12 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Hohlwelle ausgebildet. Innerhalb der Lenkwelle 12 ist in bekannter Weise ein Torsionsstab 18 angeordnet. Die Kugelgewindemutter 16 weist einen Zahnstangenabschnitt 20 auf, der in kämmendem Eingriff mit einem Zahnsegmentabschnitt 22 einer Abtriebswelle 24 steht. Ein Pitmanarm 26 ist drehfest mit der Abtriebswelle 24 verbunden, wie ansatzweise in 1 zu erkennen ist. Mittels des Pitmanarms 26 lassen sich in bekannter Weise nicht gezeigte Lenkstangen einer Nutzfahrzeuglenkung ausgehend von einer Neutralstellung um ungefähr 50° in beide Drehrichtungen verschwenken. In the 1 and 2 is a steering system according to the invention 10 shown. On a steering shaft 12 is a spindle section 14 formed, which of a ball screw nut 16 is surrounded. The steering shaft 12 is formed in the embodiment shown as a hollow shaft. Inside the steering shaft 12 is a torsion bar in a known manner 18 arranged. The ball screw nut 16 has a rack section 20 on, in meshing engagement with a sector gear segment 22 an output shaft 24 stands. A pitman 26 is non-rotatable with the output shaft 24 connected, as in 1 can be seen. By means of the pitman arm 26 can be pivoted in a known manner not shown handlebars a commercial vehicle steering starting from a neutral position by about 50 ° in both directions of rotation.

Wie in den Figuren erkennbar ist, ist die Lenkung 10 zumindest in dem Bereich der Kugelgewindemutter 16 von einem Gehäuse 28 umgeben. As can be seen in the figures, the steering is 10 at least in the area of the ball screw nut 16 from a housing 28 surround.

Bei der gezeigten Lenkung 10 kann ein Handlenkmoment eines Fahrzeugführers von oben in die Lenkwelle 10 eingeleitet werden, wodurch sich die Lenkwelle 12 um die Rotationsachse R verdrehen lässt. Die Rotation der Lenkwelle 12 um die Rotationsachse R hat aufgrund der Ausbildung und Anordnung der Kugelgewindemutter 16 zur Folge, dass die Kugelgewindemutter 16 in axialer Richtung entlang der Lenkwelle 12 verfahren wird. At the steering shown 10 can a hand steering torque of a driver from above in the steering shaft 10 be initiated, causing the steering shaft 12 to rotate about the rotation axis R. The rotation of the steering shaft 12 around the axis of rotation R has due to the design and arrangement of the ball screw nut 16 As a result, the ball screw nut 16 in the axial direction along the steering shaft 12 is moved.

Ein axiales Verfahren der Kugelgewindemutter 16 wiederum führt aufgrund die Verzahnung zwischen dem Zahnstangenabschnitt 20 der Kugelgewindemutter 16 und dem damit kämmenden Zahnsegmentabschnitt 22 der Abtriebswelle 24 zu einer Rotationsbewegung der Abtriebswelle 24. (vgl. dazu auch 3 und 4). An axial method of ball screw nut 16 In turn, due to the teeth between the rack section 20 the ball screw nut 16 and the toothed segment section meshing therewith 22 the output shaft 24 to a rotational movement of the output shaft 24 , (see also 3 and 4 ).

Wie in den 1 und 2 erkennbar ist, ist die Lenkwelle 12 vorliegend ausschließlich mittels Wälzlagern 30 innerhalb des Gehäuses 28 gelagert. Dabei ist ein Wälzlager 30 oberhalb und ein Wälzlager 30 unterhalb des Spindelabschnitts 14 angeordnet. As in the 1 and 2 is recognizable, is the steering shaft 12 in the present case exclusively by means of rolling bearings 30 inside the case 28 stored. This is a rolling bearing 30 above and a rolling bearing 30 below the spindle section 14 arranged.

Das Wälzlager 30 oberhalb des Spindelabschnitts 14 ist ein Zylinderrollenlager 32. Das Wälzlager 30 unterhalb des Spindelabschnitts 14 ist ein Kugellager 34. The rolling bearing 30 above the spindle section 14 is a cylindrical roller bearing 32 , The rolling bearing 30 below the spindle section 14 is a ball bearing 34 ,

Weitere Lager, insbesondere mittels Gleitlagern gelagerter Abschnitte der Lenkwelle 12, sind bei der gezeigten Lenkung 10 nicht vorgesehen. Die Lagerung der Lenkwelle 12 ist dadurch sehr reibungsarm realisiert, wodurch sich ein hoher Wirkungsgrad der Lenkung 10 ergibt. Further bearings, in particular by means of plain bearings mounted portions of the steering shaft 12 , are at the steering shown 10 not provided. The bearing of the steering shaft 12 is thus realized very low friction, resulting in a high efficiency of the steering 10 results.

Die Anordnung der Kugelgewindemutter 16 in dem Gehäuse 28 ist darüber hinaus so ausgelegt, dass die Kugelgewindemutter 16 bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Lenkung 10 kontaktfrei gegenüber dem Gehäuse 28 angeordnet ist. Dementsprechend ist auf der dem Zahnstangenabschnitt 20 gegenüberliegenden Seite der Lenkwelle 12 ein Spalt 42 zwischen Kugelgewindemutter 16 und Gehäuse 28 vorgesehen, der in allen Betriebszuständen erhalten bleibt. Damit werden reibungserhöhende Widerstände zwischen Kugelgewindemutter 16 und Gehäuse 28 – ebenfalls wirkungsgraderhöhend – ausgeschlossen. The arrangement of the ball screw nut 16 in the case 28 is also designed so that the ball screw nut 16 if the steering is used as intended 10 contactless with respect to the housing 28 is arranged. Accordingly, on the rack section 20 opposite side of the steering shaft 12 A gap 42 between ball screw nut 16 and housing 28 provided, which is maintained in all operating conditions. This will friction-increasing resistances between ball screw nut 16 and housing 28 - also increasing efficiency - excluded.

Wie in 2 zu erkennen ist, ist das oberhalb der Kugelgewindemutter 16 angeordnete Zylinderrollenlager 32 innerhalb einer separaten Lageraufnahmebuchse 36 angeordnet. Die Lageraufnahmebuchse 36 weist mehrere (hier: 5) nicht erkennbare Langlöcher für die Befestigung der Lageraufnahmebuchse 36 mittels Schrauben 38 gegenüber dem Gehäuse 28 auf. Mittels der Langlöcher kann die Lageraufnahmebuchse 36 zusammen mit dem eingesetzten Zylinderrollenlager 32 und der Lenkwelle 12 in radialer Richtung, das heißt quer zur Rotationsachse R der Lenkwelle 12, entlang des Doppelpfeils V verstellt werden. Dazu werden die Schrauben 38 an der Lageraufnahmebuchse 36 gelöst, so dass die Lageraufnahmebuchse 36 in radialer Richtung in eine gewünschte Position bewegt werden und anschließend wieder festgeschraubt werden kann. Das unterhalb des Spindelabschnitts 14 angeordnete Kugellager 34 weist eine ausreichende Winkeltoleranz auf, um eine sich veränderte Relativanordnung der Lenkwelle 12 gegenüber dem Kugellager 34 innerhalb des vorgesehenen Verstellbereichs ausgleichen zu können. As in 2 it can be seen that this is above the ball screw nut 16 arranged cylindrical roller bearings 32 within a separate bearing socket 36 arranged. The bearing socket 36 has several (here: 5) unrecognizable slots for the attachment of the bearing receiving socket 36 by means of screws 38 opposite the housing 28 on. By means of the elongated holes, the bearing receptacle 36 together with the inserted cylindrical roller bearing 32 and the steering shaft 12 in the radial direction, that is transverse to the axis of rotation R of the steering shaft 12 , be adjusted along the double arrow V. These are the screws 38 at the bearing socket 36 solved so that the bearing socket 36 be moved in the radial direction in a desired position and then can be screwed again. The below the spindle section 14 arranged ball bearings 34 has a sufficient angular tolerance to a changed relative arrangement of the steering shaft 12 opposite the ball bearing 34 to be able to compensate within the intended adjustment range.

Die Verstellbarkeit der Lenkwelle 12 entlang des Doppelpfeils V dient insbesondere der Optimierung der Relativanordnung von Lenkwelle 12 und Abtriebswelle 24, vor allem zur Einstellung eines geeigneten Flankenspiels zwischen dem Zahnstangenabschnitt 20 und dem Zahnsegmentabschnitt 22. The adjustability of the steering shaft 12 along the double arrow V is used in particular to optimize the relative arrangement of steering shaft 12 and output shaft 24 , especially for setting a suitable backlash between the rack section 20 and the sector gear section 22 ,

In 3 und 4 ist die Verbindung der Kugelgewindemutter 16 und der Abtriebswelle 24 im Detail dargestellt. Bei der erfindungsgemäßen Lenkung 10 erfolgt eine Abstützung der Kugelgewindemutter 16 gegen Verdrehen im Wesentlichen über die Ausbildung der Verzahnung zwischen dem Zahnstangenabschnitt 20 der Kugelgewindemutter 16 und dem Zahnsegmentabschnitt 22 der Abtriebswelle 24. Um eine ausreichende Abstützung der Kugelgewindemutter 16 zu erzielen, wurde für die Verzahnung der gezeigten Ausführungsform ein Wert von 15 mm gewählt. Dieser Modul wurde kombiniert mit einer Verzahnungsbreite B von 100 mm. Mit dem Pfeil D angedeuteten Drehbewegungen D der Kugelgewindemutter wird durch die angedeutete Stützkraft F mit dem Hebelarm B/2 im Bereich der Außenseite der Verzahnung entgegengewirkt. Aufgrund der relativ groß gewählten Verzahnungsbreite B sind die Kräfte F nicht allzu hoch und können ohne Schädigung der Verzahnung von den Zähnen des Zahnstangenabschnitts 20 bzw. des Zahnsegmentabschnitts 22 aufgenommen werden. In 3 and 4 is the connection of the ball screw nut 16 and the output shaft 24 shown in detail. In the steering system according to the invention 10 there is a support of the ball screw nut 16 against twisting substantially on the formation of the toothing between the rack section 20 the ball screw nut 16 and the sector gear section 22 the output shaft 24 , To provide sufficient support of the ball screw nut 16 to achieve a value of 15 mm was selected for the teeth of the embodiment shown. This module has been combined with a gearing width B of 100 mm. With the arrow D indicated rotational movements D of the ball screw nut is counteracted by the indicated support force F with the lever arm B / 2 in the region of the outside of the toothing. Due to the relatively large selected tooth width B, the forces F are not too high and can without damage to the teeth of the teeth of the rack section 20 or the toothed segment section 22 be recorded.

In 5 ist nur die Lenkwelle 12 der in den 1 bis 4 dargestellten erfindungsgemäßen Lenkung 10 mit Spindelabschnitt 14 dargestellt. Der Spindelabschnitt 14 ist vorliegend mittels Wirbelfräsen hergestellt. Das Verhältnis zwischen der für die Lenkung von der Kugelgewindemutter 16 genutzten Spindellänge L zu der bearbeiteten Spindellänge L_B ist vorliegend sehr groß und beträgt in der gezeigten Ausführungsform 0,9. Durch dieses große Verhältnis und die damit verhältnismäßig kurzen Ein- und Auslaufbereiche 44 weist die Lenkwelle 12 der erfindungsgemäßen Lenkung 10 eine insgesamt nur geringe Länge auf und benötigt entsprechend nur wenig Bauraum, so dass eine sehr kompakte Lenkung 10 realisiert werden kann. In 5 is only the steering shaft 12 in the 1 to 4 illustrated steering system according to the invention 10 with spindle section 14 shown. The spindle section 14 is in this case produced by means of whirl milling. The ratio between the for the steering of the ball screw nut 16 used spindle length L to the machined spindle length L _B is in this case very large and is 0.9 in the illustrated embodiment. Due to this large ratio and thus relatively short inlet and outlet areas 44 shows the steering shaft 12 the steering system according to the invention 10 a total of only a short length and accordingly requires little space, so that a very compact steering 10 can be realized.

Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden. Those disclosed in the present specification, in the drawings and in the claims Features of the invention, both individually and in any combination, may be essential to the practice of the invention in its various embodiments. The invention is not limited to the described embodiments. It can be varied within the scope of the claims and taking into account the knowledge of the person skilled in the art.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10: Lenkung steering
12 12: Lenkwelle steering shaft
14 14: Spindelabschnitt spindle section
16 16: Kugelgewindemutter Ball screw nut
18 18: Torsionsstab torsion bar
20 20: Zahnstangenabschnitt Rack section
22 22: Zahnsegmentabschnitt Toothed segment section
24 24: Abtriebswelle output shaft
26 26: Pitmanarm Pitmanarm
28 28: Gehäuse casing
30 30: Wälzlager roller bearing
32 32: Zylinderrollenlager Cylindrical roller bearings
34 34: Kugellager ball-bearing
36 36: Lageraufnahmebuchse Bearing receiving bush
38 38: Schraube screw
40 40: Vorsprung head Start
42 42: Spalt gap
44 44: Ein- und Auslaufbereich Entry and exit area
B B: Verzahnungsbreite Gear width
L L: genutzte Spindellänge used spindle length
L_B L _B: bearbeitete Spindellänge machined spindle length

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

JP 05124531 A [0002]
DE 1290835 A [0003]
DE 102012111211 A1 [0004]

Claims

Steering for a motor vehicle with a steering shaft ( 12 ) which at least partially comprises a spindle section ( 14 ) with a spindle section ( 14 ) surrounding ball screw nut ( 16 ), wherein the ball screw nut ( 16 ) so functionally with the steering shaft ( 12 ) is connected, that these during rotation of the steering shaft ( 12 ) in the axial direction along the steering shaft ( 12 ), wherein the ball screw nut ( 16 ) at least over part of its travel from a housing ( 28 ), characterized in that the housing ( 28 ) spaced apart from the ball screw nut ( 16 ) is arranged that the ball screw nut ( 16 ) in all intended operating conditions of the steering ( 10 ) contactless with respect to the housing ( 28 ) is arranged.

Steering according to the preceding claim, characterized in that the steering shaft ( 12 ) exclusively by means of rolling bearings ( 30 ) is stored.

Steering according to one of the preceding claims, characterized in that the steering shaft ( 12 ) in the radial direction of the steering shaft ( 12 ) relative to the housing ( 28 ) is adjustable.

Steering according to the preceding claim, characterized in that the steering shaft ( 12 ) by means of at least one rolling bearing ( 30 ) is mounted and the steering shaft ( 12 ) together with at least one roller bearing ( 30 ) in the radial direction of the steering shaft ( 12 ) is adjustable.

Steering according to the preceding claim, characterized in that the rolling bearing ( 30 ) in a separately formed bearing receptacle ( 36 ), wherein the bearing receiving bush ( 36 ) adjustable with respect to the housing ( 28 ) is arranged.

Steering according to one of the preceding claims, characterized in that one for the interaction with the ball screw nut ( 16 ) provided spindle section ( 14 ) of the steering shaft ( 12 ) is produced by means of whirl milling.

Steering according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio between that for the steering ( 12 ) of the ball screw nut ( 16 ) Spindle length L to the machined spindle length L _{B is} greater than 0.6.

Steering according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the ball screw nut ( 16 ) with the ball screw nut ( 16 ) connected or formed at this rack section ( 20 ) which is in meshing engagement with a toothed segment section ( 22 ) an output shaft ( 24 ) and / or the ball screw nut ( 14 ) in functional connection with a pitman ( 26 ) stands.

Steering according to the preceding claim, characterized in that the module of the toothing between the rack section ( 20 ) of the ball screw nut ( 16 ) and the toothed segment section ( 22 ) of the output shaft ( 24 ) is between 5 and 20 mm and / or the tooth width B is between 20 mm and 120 mm.

Steering according to one of the preceding claims, characterized in that the ball screw nut ( 16 ) functionally via a manual path with an output shaft ( 24 ) and the output shaft ( 24 ) is further functionally connected via a second, separate auxiliary torque path with a steering aid.