DE102019101223A1

DE102019101223A1 - Anordnung mit verzahnten Komponenten und Verfahren

Info

Publication number: DE102019101223A1
Application number: DE102019101223.6A
Authority: DE
Inventors: Benjamin L. Bekemeier; Troy M. Kinne
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2018-01-19
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2019-07-25
Also published as: CN110056568B; US11052937B2; US20190225257A1; CN110056568A

Abstract

Eine Anordnung mit einer Zahnstange und einem Ritzel für eine Fahrzeuglenkanordnung umfasst eine Ritzelwelle mit einer verzahnten Region, die mehrere Rippen umfasst, die sich in Längsrichtung in eine axiale Richtung der Ritzelwelle erstrecken. Die Anordnung mit einer Zahnstange und einem Ritzel enthält außerdem ein axiales Rückhaltemerkmal, das an der verzahnten Region einstückig ausgebildet ist, um eine Komponente axial festzuhalten, die mit der Ritzelwelle gekoppelt werden kann.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die hier offenbarten Ausführungsformen betreffen Lenksäulenanordnungen von Fahrzeugen und insbesondere eine Anordnung mit einer Zahnstange und einem Ritzel für derartige Lenksäulen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Anordnungen mit einer Zahnstange und einem Ritzel in Fahrzeuglenkanwendungen werden verwendet, um eine Bewegung von einem Element, etwa von einer Lenkwelle, auf eine andere Komponente, etwa auf Straßenräder, zu übertragen. Typischerweise wird eine Rotorkomponente in axialer Richtung an einem Ritzel unter Verwendung eines Aufpress-Rückhalterings oder eines „No-Back Washer“ festgehalten. Das Ritzel enthält eine externe Evolventenverzahnung, die einer internen Evolventenverzahnung an der Rotorkomponente entspricht, um eine relative Rotationsbewegung zwischen dem Ritzel und der Rotorkomponente zu verhindern. Die Rotorkomponente wird auf das Ritzel aufgepresst, bis sie unten auf einen Anschlag auftrifft. Der Rückhaltering oder „No-Back Washer“ wird hinter der Rotorkomponente auf das Ritzel aufgepresst, um die Rotorkomponente in axialer Richtung einzuschränken.
Der Rückhaltering erhöht die Teilezahl und die Kosten der Gesamtanordnung. Zudem können mit diesen Ringen Montageprobleme verbunden sein. Schließlich wird eine Überarbeitung der Ritzelanordnung und des Gehäuses nach der Installation schwierig, was möglicherweise zu Beschädigungen führt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Offenbarung enthält eine Anordnung mit einer Zahnstange und einem Ritzel für eine Fahrzeuglenkanordnung eine Ritzelwelle mit einer verzahnten Region, die mehrere Rippen umfasst, die sich in Längsrichtung in eine axiale Richtung der Ritzelwelle erstrecken. Die Anordnung mit einer Zahnstange und einem Ritzel enthält außerdem ein axiales Rückhaltemerkmal, das auf der verzahnten Region einstückig ausgebildet ist, um eine Komponente, die mit der Ritzelwelle koppelbar ist, in axialer Richtung festzuhalten.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren zum Herstellen einer verzahnten Komponente bereitgestellt. Das Verfahren umfasst, dass eine verzahnte Region gebildet wird, wobei die verzahnte Region mehrere Rippen umfasst, die sich in Längsrichtung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstrecken. Das Verfahren umfasst außerdem, dass ein axiales Rückhaltemerkmal ausgebildet wird, das auf der verzahnten Region einstückig ausgebildet ist, um eine Komponente in axialer Richtung festzuhalten, die mit der verzahnten Komponente koppelbar ist.
In Übereinstimmung mit noch einem weiteren Aspekt der Offenbarung enthält eine Anordnung mit verzahnten Komponenten eine verzahnte Region einer verzahnten Komponente, wobei die verzahnte Region mehrere Rippen umfasst, die sich in Längsrichtung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstrecken, wobei die Rippen einen Hauptdurchmesser und einen Nebendurchmesser definieren. Es ist auch ein axiales Rückhaltemerkmal umfasst, das an dem Nebendurchmesser einstückig ausgebildet ist und sich von dort aus in radialer Richtung nach außen erstreckt, um eine Komponente in axialer Richtung festzuhalten, die mit der verzahnten Komponente koppelbar ist.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden sich aus der folgenden Beschreibung besser ergeben, wenn sie in Verbindung mit den Zeichnungen gelesen wird.
Figurenliste
Der Gegenstand, der als die vorliegende Erfindung betrachtet wird, wird speziell offengelegt und in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung separat beansprucht. Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden genauen Beschreibung von nicht einschränkenden beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird, in denen:

1 eine perspektivische Ansicht einer Ritzelwelle und einer damit koppelbaren Komponente ist;
2 eine Schnittansicht einer verzahnten Region der Ritzelwelle ist;
3 eine Querschnittsansicht der verzahnten Region entlang einer Schnittlinie X-X ist;
4 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der verzahnten Region ist, die ein axiales Rückhaltemerkmal in Übereinstimmung mit einem Aspekt der Offenbarung veranschaulicht;
5 eine Querschnittsansicht der verzahnten Region entlang einer Schnittlinie X-X ist, welche das axiale Rückhaltemerkmal in Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der Offenbarung veranschaulicht; und
6 eine Aufrissansicht der Ritzelwelle und der Komponente in einem montierten Zustand ist.

GENAUE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Nun mit Bezug auf die Figuren, bei denen die vorliegende Offenbarung mit Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wird, ohne sie einzuschränken, versteht es sich, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich veranschaulichend für die vorliegende Offenbarung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können hervorgehoben oder minimiert sein, um Details von speziellen Komponenten zu zeigen. Daher dürfen hier offenbarte spezielle strukturelle und funktionale Details nicht als Einschränkung interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage zur Unterrichtung des Fachmanns darüber, wie die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Weise verwendet werden kann.
Mit Bezug nun auf 1 ist ein Teil einer Anordnung mit einer Zahnstange und einem Ritzel gezeigt und allgemein mit Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Anordnung 10 mit einer Zahnstange und einem Ritzel ist in einigen Ausführungsformen Teil eines Lenksäulensystems für ein Fahrzeug. In einigen Ausführungsformen ist das Lenksäulensystem ein elektrisches Servolenkungssystem, das die Anordnung 10 mit einer Zahnstange und einem Ritzel verwendet. Die Anordnung 10 enthält eine (nicht gezeigte) mit Zähnen versehene Zahnstange und eine Ritzelwelle 12, die sich unter einem Getriebegehäuse befindet. Wenn im Betrieb ein (nicht gezeigtes) Handrad von einem Fahrzeugbediener gedreht wird, dreht/drehen eine oder mehrere Lenksäulen die Ritzelwelle. Eine Drehung der Ritzelwelle bewegt die mit Zähnen versehene Zahnstange, welche Spurstangen bewegt, die wiederum jeweilige Lenkungsachsschenkel bewegen, wodurch jeweilige Straßenräder gedreht bzw. eingeschlagen werden.
Obwohl vorstehend eine Ritzelgetriebewelle beschrieben ist, die in einer Anwendung mit einer Zahnstange und einem Ritzel verwendet wird, versteht es sich, dass jede Komponente, die eine verzahnte Fläche benötigt und mit einer anderen Komponente gekoppelt ist, von den hier offenbarten Ausführungsformen profitieren kann. Im Speziellen können sogar Nicht-Kraftfahrzeug-Anwendungen von den hier offenbarten Ausführungsformen profitieren. Daher versteht es sich, dass die Begriffe „Ritzelwelle“ und „verzahnte Komponente“, so wie sie hier verwendet werden, austauschbar verwendet werden können.
Wie in 1 gezeigt ist, erstreckt sich die Ritzelwelle 12 in Längsrichtung in eine axiale Richtung und enthält dort entlang mehrere Merkmale. Eine verzahnte Region 14 ist an der Ritzelwelle 12 ausgebildet. Die verzahnte Region 14 enthält mehrere Rippen.
Wie gezeigt soll eine Komponente 20 mit einer Mittelöffnung 22 mit der Ritzelwelle 12 gekoppelt werden. Rippen, die den Rippen der verzahnten Region 14 entsprechen, erstrecken sich von der Mittelöffnung 22 aus radial nach innen, um im zusammengebauten Zustand eine kämmende Evolventenverzahnungsanordnung zu bilden. In der Anordnung 10 mit einer Zahnstange und einem Ritzel ist die Komponente 20 eine Rotorkomponente, etwa ein unterer Rotor. Die Ritzelwelle 12 und die Komponente 20 sind in 1 in einem zerlegten Zustand und in 6 in einem zusammengebauten Zustand gezeigt. Die Komponente 20 wird mit der Ritzelwelle 12 gekoppelt, indem die Komponente 20 in Richtung A (1) bewegt wird. Die Komponente 20 wird in axiale Richtung entlang der Ritzelwelle in Richtung A bewegt, bis die Komponente 20 an einen Absatz 24 anstößt, der an der Ritzelwelle 12 ausgebildet ist.
Mit Bezug nun auf 2 ist eine Schnittansicht der Ritzelwelle 12 veranschaulicht. Der veranschaulichte Schnitt verläuft durch die verzahnte Region 14 der Ritzelwelle 12 hindurch. Die mehreren Rippen 14 definieren einen Hauptdurchmesser 30 an einer radial äußersten Stelle der Rippen und einen Nebendurchmesser 32 an einer radial innersten Stelle der Rippen. Jede der Rippen erstreckt sich in eine Längsrichtung, die im Wesentlichen der Gesamtlängsrichtung der Ritzelwelle 12 entspricht.
3 - 5 veranschaulichen ein axiales Rückhaltemerkmal 40, das mit der Ritzelwelle 12 innerhalb der verzahnten Region 14 einstückig ausgebildet ist. Das einstückige Ausbilden des axialen Rückhaltemerkmals 40 mit der Ritzelwelle 12 ist als das Ausbilden des Merkmals 40 und der Ritzelwelle 12 aus dem gleichen Material definiert, wobei das Merkmal 40 nicht einfach oder wiederholt von der Ritzelwelle 12 entfernt werden kann. In einigen Ausführungsformen bildet ein gemeinsames Werkzeug während einer einzigen Operation die verzahnte Region 14 und das axiale Rückhaltemerkmal 40 aus. Das axiale Rückhaltemerkmal 40 ist an dem Nebendurchmesser 32 der verzahnten Region 14 ausgebildet und erstreckt sich von dort aus radial nach außen, aber nur bis zu einem Ausmaß, das radial innerhalb des Hauptdurchmessers 30 liegt. Das axiale Rückhaltemerkmal 40 erstreckt sich in Längsrichtung von einem ersten Ende 42 zu einem zweiten Ende 44 im Wesentlichen in die axiale Richtung der Ritzelwelle 12. In einigen Ausführungsformen entspricht das erste Ende 42 einem Ende der verzahnten Region 14.
Das axiale Rückhaltemerkmal 40 ist ein Vorsprung von dem Nebendurchmesser 32 der verzahnten Region 14 aus, wie vorstehend beschrieben wurde. Die spezielle Geometrie des axialen Rückhaltemerkmals 40 kann in Abhängigkeit von der speziellen genutzten Anwendung variieren. Zwei Beispiele sind in 4 und 5 gezeigt. Wie gezeigt, kann im Vergleich mit anderen Ausführungsformen (4) ein steilerer Winkel des Vorsprungs vorhanden sein (5). Diese dienen nur zur Veranschaulichung und es wird in Betracht gezogen, dass zahlreiche alternative Geometrien genutzt werden können. Analog können die speziellen Abmessungen - tatsächlich und relativ zu den Rippen - in Abhängigkeit von der Anwendung variieren. Das Variieren der Größe und der Geometrie ermöglicht die Anpassung der axialen Rückhaltekraft.
Wie in 6 gezeigt ist, wird die Komponente 20 entlang der Ritzelwelle 12 geschoben, um die evolvente Rippeanordnung zu bilden, bis die Komponente 20 an den Absatz 24 der Ritzelwelle 12 angrenzt. In dieser Position wird die Komponente 20 axial in der einen axialen Richtung durch den Absatz 24 festgehalten, und in der entgegengesetzten axialen Richtung durch das axiale Rückhaltemerkmal 40. Zumindest die Rippen der Komponente 20 sind mit einem Material ausgebildet, das eine Verformung der Rippen während der Installation über das axiale Rückhaltemerkmal 40 hinweg ermöglicht. In einigen Ausführungsformen ist das Material elastisch verformbar, wodurch die Rippen verbogen werden können, um den größeren Durchmesser des axialen Rückhaltemerkmals 40 aufzunehmen. Die Rippen der Komponente 20 und das axiale Rückhaltemerkmal 40 befinden sich in dem vollständig montierten Zustand, wie in 6 gezeigt ist, in einem Presspassu ngszustand.
Die hier offenbarten Ausführungsformen beschränken die gekoppelte Komponente in axialer Richtung, wodurch der Bedarf für einen Rückhaltering oder dergleichen beseitigt wird, ohne zusätzliche Komponenten hinzuzufügen. Der Presspassungszustand ermöglicht Verbesserungen bei Überarbeitungs- oder Abbauprozessen, indem die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der Ritzelwelle 12, der gekoppelten Komponente 20 oder eines Gehäuses verringert wird. Mit den hier offenbarten Ausführungsformen wird der Fertigungsprozess vereinfacht, da das axiale Rückhaltemerkmal 40 in die Ritzelwelle 12 mit dem gleichen Werkzeug gewalzt werden kann, das die Rippen walzt.
Obwohl die vorliegende Offenbarung im Detail in Verbindung mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es leicht zu verstehen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf diese offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist. Stattdessen kann die vorliegende Offenbarung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Variationen, Veränderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die im Vorstehenden hier nicht beschrieben wurden, welche aber mit dem Umfang der vorliegenden Offenbarung übereinstimmen. Obwohl verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben worden sind, versteht es sich außerdem, dass Aspekte der vorliegenden Offenbarung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen oder Kombinationen der verschiedenen Ausführungsformen enthalten können. Entsprechend darf die vorliegende Offenbarung nicht so aufgefasst werden, dass sie auf die vorstehende Beschreibung beschränkt ist.

Claims

Anordnung mit einer Zahnstange und einem Ritzel für eine Fahrzeuglenkanordnung, umfassend: eine Ritzelwelle mit einer verzahnten Region, die mehrere Rippen umfasst, die sich in Längsrichtung in eine axiale Richtung der Ritzelwelle erstrecken; und ein axiales Rückhaltemerkmal, das an der verzahnten Region einstückig ausgebildet ist, um eine Komponente, die mit der Ritzelwelle gekoppelt werden kann, in axialer Richtung festzuhalten.
Anordnung mit einer Zahnstange und einem Ritzel nach Anspruch 1, wobei die mehreren Rippen einen Hauptdurchmesser und einen Nebendurchmesser definieren, wobei sich das axiale Rückhaltemerkmal von dem Nebendurchmesser aus radial nach außen erstreckt.
Anordnung mit einer Zahnstange und einem Ritzel nach Anspruch 1, wobei die Komponente, die mit der Ritzelwelle gekoppelt werden kann, ein Rotor ist.
Anordnung mit einer Zahnstange und einem Ritzel nach Anspruch 1, wobei die Ritzelwelle ferner einen Absatz umfasst, der von der verzahnten Region axial beabstandet ist, wobei die Komponente, die mit der Ritzelwelle gekoppelt werden kann, in einem zusammengebauten Zustand zwischen dem axialen Rückhaltemerkmal und dem Absatz angeordnet ist.
Anordnung mit einer Zahnstange und einem Ritzel nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Teil der Komponente, die mit der Ritzelwelle gekoppelt werden kann, aus einem Kunststoff ausgebildet ist, wobei sich die Komponente während des Zusammenbaus elastisch verformt und in einem zusammengebauten Zustand in einer Presspassung mit dem axialen Rückhaltemerkmal angeordnet ist.
Anordnung mit einer Zahnstange und einem Ritzel nach Anspruch 1, wobei die verzahnte Region und das axiale Rückhaltemerkmal mit einem gemeinsamen Werkzeug ausgebildet sind.
Anordnung mit einer Zahnstange und einem Ritzel nach Anspruch 1, wobei sich das axiale Rückhaltemerkmal in axialer Richtung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstreckt, wobei sich das erste Ende an einem Ende der verzahnten Region befindet.
Verfahren zum Herstellen einer verzahnten Komponente, das umfasst, dass: eine verzahnte Region ausgebildet wird, wobei die verzahnte Region mehrere Rippen umfasst, die sich in Längsrichtung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstrecken; und ein axiales Rückhaltemerkmal ausgebildet wird, das an der verzahnten Region einstückig ausgebildet ist, um eine Komponente, die mit der verteilten Komponente gekoppelt werden kann, in axialer Richtung festzuhalten.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die mehreren Rippen einen Hauptdurchmesser und einen Nebendurchmesser definieren, wobei das Ausbilden des axialen Rückhaltemerkmals umfasst, dass das axiale Rückhaltemerkmal an dem Nebendurchmesser ausgebildet wird und sich von dort aus radial nach außen erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei sich das axiale Rückhaltemerkmal von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende in axiale Richtung erstreckt, wobei sich das erste Ende des axialen Rückhaltemerkmals an dem ersten Ende der verzahnten Region befindet.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die verzahnte Region und das axiale Rückhaltemerkmal mit einem gemeinsamen Werkzeug ausgebildet werden.
Anordnung mit einer verzahnten Komponente, umfassend: eine verzahnte Region einer verzahnten Komponente, wobei die verzahnte Region mehrere Rippen umfasst, die sich in Längsrichtung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstrecken, wobei die Rippen einen Hauptdurchmesser und einen Nebendurchmesser definieren; und ein axiales Rückhaltemerkmal, das an dem Nebendurchmesser einstückig ausgebildet ist und sich von dort aus radial nach außen erstreckt, um eine Komponente festzuhalten, die mit der verzahnten Komponente gekoppelt sein kann.
Anordnung mit einer verzahnten Komponente nach Anspruch 12, ferner umfassend eine Welle, die sich in Längsrichtung von der verzahnten Region aus erstreckt, wobei die Welle einen Absatz enthält, der von der verzahnten Region axial beabstandet ist, wobei die Komponente, die mit der verzahnten Komponente gekoppelt werden kann, in einem zusammengebauten Zustand zwischen dem axialen Rückhaltemerkmal und dem Absatz angeordnet ist.
Anordnung mit einer verzahnten Komponente nach Anspruch 13, wobei zumindest ein Teil der Komponente, die mit der verzahnten Komponente gekoppelt werden kann, aus Kunststoff ausgebildet ist, wobei sich die Komponente während des Zusammenbaus elastisch verbiegt, und sich in einem zusammengebauten Zustand in einer Presspassung mit dem axialen Rückhaltemerkmal befindet.
Anordnung mit einer verzahnten Komponente nach Anspruch 12, wobei die verzahnte Region und das axiale Rückhaltemerkmal mit einem gemeinsamen Werkzeug ausgebildet sind.