DE102019215475A1

DE102019215475A1 - Rack and pinion steering device

Info

Publication number: DE102019215475A1
Application number: DE102019215475.1A
Authority: DE
Inventors: Dirk Barnick; Uwe Romeike
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2019-10-09
Filing date: 2019-10-09
Publication date: 2021-04-15

Abstract

Zahnstangenlenkvorrichtung (2) zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, umfassend eine Zahnstange (4) zur Übertragung einer Lenkbewegung von einem Steuerelement (3) an die Radträger (6), ein Gehäuse (12) zur Aufnahme der Zahnstange (4), eine lenksäulenseitige Lagerstelle (8) zur Lagerung der Zahnstange (4) innerhalb des Gehäuses (12), eine servomotorseitige Lagerstelle (10) zur Lagerung der Zahnstange (4) innerhalb des Gehäuses (12), wobei die servomotorseitige Lagerstelle (10) eine KGT-Mutter (14) aufweist, die über ein erstes und zweites Abstützelement (16, 28) innerhalb des Gehäuses (12) abgestützt ist, wobei das erste Abstützelement (16) in einem unbelasteten Zustand der Zahnstangenlenkvorrichtung (2) nur einseitig abstützend zwischen der KGT-Mutter (14) und dem Gehäuse (12) angeordnet ist, um einen Toleranzausgleich zu gewährleisten.Rack-and-pinion steering device (2) for use in a motor vehicle, comprising a rack (4) for transmitting a steering movement from a control element (3) to the wheel carrier (6), a housing (12) for receiving the rack (4), a bearing point on the steering column side ( 8) for mounting the rack (4) inside the housing (12), a servomotor-side bearing point (10) for mounting the toothed rack (4) inside the housing (12), the servomotor-side bearing point (10) having a ball screw nut (14) which is supported by a first and a second support element (16, 28) inside the housing (12), the first support element (16) in an unloaded state of the rack-and-pinion steering device (2) supporting only on one side between the ball screw nut (14) and the housing (12) is arranged in order to ensure tolerance compensation.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkvorrichtung zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug, umfassend eine gattungsgemäße Zahnstangenlenkvorrichtu ng.The present invention relates to a rack and pinion steering device for use in a motor vehicle and to a motor vehicle, comprising a generic rack and pinion steering device.

Heutige Lenksysteme, insbesondere elektromechanische Zahnstangenlenksysteme besitzen häufig ungünstige geometrische Verhältnisse für die optimale Positionierung der Zahnstangenlagerung, sodass die für eine optimale Bauteilfestigkeit notwendige Anordnung der Lenkungskomponenten nicht immer möglich ist. Dadurch müssen die Lagerstellen der Zahnstange zur Fahrzeugmitte verlegt werden. Dies führt jedoch insbesondere in Belastungssituationen, bei Fahrmanövern oder Missbrauch, bei denen große Zahnstangenkräfte insbesondere quer zur Zahnstangenachse auftreten, zu großen Durchbiegungen der Zahnstange einer betreffenden Zahnstangenlenkung. Eine derartige Durchbiegung kann zu Beschädigungen der Zahnstange führen, wenn zulässige Materialspannungen oder - Verformungen überschritten werden. Bekannt ist bei großen Zahnstangendurchbiegungen das Anlegen der Zahnstange am Gehäuse, um zu hohe Spannungen und Verformungen zu vermeiden. Das Anlegen der Zahnstange am Gehäuse beeinflusst jedoch das Komfortverhalten beim Lenken und kann zu Materialabtragungen am Gehäuse führen, was wiederum zu Funktionsstörungen der Lenkung führen kann.Today's steering systems, in particular electromechanical rack and pinion steering systems, often have unfavorable geometrical relationships for the optimal positioning of the rack and pinion bearings, so that the arrangement of the steering components necessary for optimal component strength is not always possible. As a result, the bearing points of the rack must be relocated to the center of the vehicle. However, particularly in stressful situations, during driving maneuvers or misuse, in which large rack forces occur in particular transversely to the rack axis, this leads to large deflections of the rack of a rack and pinion in question. Such a deflection can lead to damage to the rack if permissible material stresses or deformations are exceeded. In the case of large rack deflections, it is known to apply the rack to the housing in order to avoid excessive stresses and deformations. However, placing the rack on the housing affects the comfort behavior when steering and can lead to material erosion on the housing, which in turn can lead to malfunctions in the steering.

Aus dem Stand der Technik sind Ansätze bekannt, die dieses Problem bzw. diese Probleme zumindest teilweise zu lösen versuchen. Die DE 10 2016 011 891 A1 betrifft eine elektrische Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp. Die DE 10 2004 030 349 A1 betrifft eine elektrische Hilfskraftlenkvorrichtung, umfassend eine Zahnstangenwelle, die in einer axialen Richtung beweglich ist. In beiden Druckschriften ist es vorgesehen, eine Kugelmutter an zwei unterschiedlichen Positionen innerhalb eines Zahnstangengehäuses abzustützen.Approaches are known from the prior art which attempt at least partially to solve this problem or these problems. The DE 10 2016 011 891 A1 relates to a rack and pinion assist type electric power steering apparatus. The DE 10 2004 030 349 A1 relates to an electric power steering apparatus comprising a rack shaft movable in an axial direction. Both publications provide for a ball nut to be supported at two different positions within a rack housing.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass der ständige Kontakt von Abstützelementen zwischen einer Kugelmutter und einem Zahnstangengehäuse ebenfalls zu einem hohen Materialverschleiß führt und zudem auch den Fahrkomfort eines Kraftfahrzeugs negativ beeinflusst.However, it has been shown that the constant contact of support elements between a ball nut and a rack housing also leads to high material wear and also has a negative impact on the driving comfort of a motor vehicle.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben, insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zahnstangenlenkvorrichtung zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, die auf einfache und kostengünstige Art und Weise einen besonders geringen Materialverschleiß und gleichzeitig einen besonders hohen Fahrkomfort gewährleistet.It is therefore the object of the present invention to at least partially remedy the disadvantages described above; in particular, it is the object of the present invention to provide a rack and pinion steering device for use in a motor vehicle, which is particularly low in a simple and inexpensive manner Material wear and at the same time a particularly high level of driving comfort guaranteed.

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Zahnstangenlenkvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 11. Weitere Merkmale und Details ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Technische Merkmale, die zu der erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkvorrichtung offenbart werden, gelten dabei auch in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.The above object is achieved by a rack and pinion steering device with the features of claim 1 and a motor vehicle according to claim 11. Further features and details emerge from the subclaims, the description and the drawings. Technical features that are disclosed for the rack and pinion steering device according to the invention also apply in connection with the motor vehicle according to the invention and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is or can always be made to the individual aspects of the invention. Appropriate refinements of the invention are set out in the dependent claims.

Die gegenständliche Zahnstangenlenkvorrichtung kann vorzugsweise in Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen eingesetzt werden. Ebenso ist jedoch auch ein Einsatz in Nutzfahrzeugen, wie Baggern, Gabelstaplern oder dergleichen denkbar. Neben dem Einsatz in verbrennungsmotorbetriebenen Fahrzeugen kann die gegenständliche Zahnstangenlenkvorrichtung auch in Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen eingesetzt werden. Die gegenständliche Zahnstangenlenkvorrichtung umfasst hierbei eine Zahnstange zur Übertragung einer Lenkbewegung von einem Steuerelement an die Radträger, ein Gehäuse zur Aufnahme der Zahnstange, eine lenksäulenseitige Lagerstelle zur Lagerung der Zahnstange innerhalb des Gehäuses sowie eine servomotorseitige Lagerstelle zur Lagerung der Zahnstange innerhalb des Gehäuses, wobei die servomotorseitige Lagerstelle eine KGT-Mutter aufweist, die über ein erstes und zweites Abstützelement innerhalb des Gehäuses abgestützt ist. Hierbei zeichnet sich die gegenständliche Zahnstangenlenkvorrichtung dadurch aus, dass das erste Abstützelement in einem unbelasteten Zustand der Zahnstangenlenkvorrichtung nur einseitig abgestützt zwischen der KGT-Mutter und dem Gehäuse angeordnet ist, um einen Toleranzausgleich zu gewährleisten.The rack and pinion steering device in question can preferably be used in passenger cars or trucks. However, use in commercial vehicles such as excavators, forklifts or the like is also conceivable. In addition to use in vehicles powered by internal combustion engines, the rack and pinion steering device in question can also be used in electric vehicles or hybrid vehicles. The rack and pinion steering device in question here comprises a rack for transmitting a steering movement from a control element to the wheel carrier, a housing for receiving the rack, a bearing point on the steering column side for mounting the rack within the housing and a bearing on the servomotor side for mounting the rack within the housing Bearing point has a ball screw nut which is supported within the housing via a first and second support element. The rack and pinion steering device in question is distinguished by the fact that the first support element is only supported on one side between the ball screw nut and the housing in an unloaded state of the rack and pinion steering device in order to ensure tolerance compensation.

Die gegenständliche Zahnstangenlenkvorrichtung kann hierbei vorzugsweise in Form einer elektrischen, insbesondere in Form einer elektromechanischen Zahnstangenlenkvorrichtung gebildet sein. Hierbei kann die erfindungsgemäße Zahnstangenlenkvorrichtung vorzugsweise in einer achsparallelen Lenkung zum Einsatz kommen. Unter einem gegenständlichen Steuerelement kann im Rahmen der Erfindung insbesondere ein Lenkrad oder dergleichen verstanden werden. Unter einem Radträger wird im Rahmen der Erfindung ferner insbesondere ein Teil einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs verstanden, der über Lenker und/oder Gelenke mit dem Fahrzeugkörper verbunden ist. Unter einem unbelasteten Zustand wird im Rahmen der Erfindung insbesondere ein Zustand verstanden, in dem auf die Zahnstangenlenkvorrichtung keine größeren Kräfte als die Gewichtskraft einwirken, wie sie auf die Lenkvorrichtung beispielsweise bei einem Lenken im Stand des Fahrzeugs und auf Fahrbahnbelägen mit hohen Reibkoeffizienten oder bei einem Bordsteinabdrücken oder dergleichen wirken. Unter einer einseitigen Abstützung wird im Rahmen der Erfindung insbesondere eine Abstützung verstanden, in der eine Außenfläche des ersten Abstützelementes entweder die Außenfläche des Gehäuses oder die Außenfläche der KGT-Mutter dauerhaft kontaktiert und sich an dieser abstützt. Nur in einem belasteten Zustand, wie bei einem Lenkvorgang im Stand oder einem Bordsteinabdrücken kann das erfindungsgemäße erste Abstützelement hierbei zumindest kurzzeitig beidseitig gestützt sein. Das erfindungsgemäße Merkmal einer lediglich in einem Belastungsfall wirkenden zusätzlichen (zweiten) Abstützstelle betrifft hierbei lediglich die servounterstützungsseitige Lagerstelle. So besitzt nämlich eine herkömmlich Zahnstange eine erste lenksäulenseitig angeordnete Lagerstelle, in der eine Abstützung der Zahnstange vorzugsweise über eine Lenkungsverzahnung und ein Druckstück erfolgt sowie eine servounterstützungsseitige Lagerstelle, in der eine Abstützung über die KGT-Mutter und das KGT-Lager erfolgt. Erfindungsgemäß ist nun an der KGT-Mutter eine zusätzliche (zweite) Abstützstelle angeordnet, die nur bei hohen Zahnstangenquerbelastungen zum Einsatz kommt. Die KGT-Mutter ist hierbei insbesondere ortsfest angeordnet, vorzugsweise unmittelbar an das erste und zweite Abstützelement angeordnet. Die zweite Abstützstelle an der KGT-Mutter ist hierbei seinerseits ortsfest zur translatorischen Bewegung der Zahnstange ausgebildet, wodurch es nicht zum Materialabtrag durch die Rollierung auf der Zahnstange kommt, weil die Zahnstange nicht im Kontakt zum Gehäuse steht. Die Kontaktflächen an der KGT-Mutter selbst sind hierbei oberflächlich vorzugsweise glatt ausgeführt.The rack and pinion steering device in question can preferably be in the form of an electrical, in particular in the form of an electromechanical, rack and pinion steering device. Here, the rack and pinion steering device according to the invention can preferably be used in axially parallel steering. In the context of the invention, an objective control element can in particular be understood to mean a steering wheel or the like. In the context of the invention, a wheel carrier is also understood to mean, in particular, a part of a wheel suspension of a motor vehicle that is connected to the vehicle body via control arms and / or joints. Under an unloaded condition, under the Invention in particular understood a state in which no greater forces than the weight act on the rack and pinion steering device, as they act on the steering device, for example, when steering while the vehicle is stationary and on road surfaces with high coefficients of friction or when curb marks or the like. In the context of the invention, a one-sided support is understood to mean, in particular, a support in which an outer surface of the first support element makes permanent contact with either the outer surface of the housing or the outer surface of the ball screw nut and is supported on this. The first support element according to the invention can be supported on both sides, at least for a short time, only in a loaded state, such as in the case of a steering process while standing or a curb. The feature according to the invention of an additional (second) support point acting only in one load case only relates to the bearing point on the servo-support side. For example, a conventional rack has a first bearing on the steering column side, in which the rack is supported preferably via steering gears and a pressure piece, and a servo-support-side bearing, in which the ball screw nut and the ball screw bearing are supported. According to the invention, an additional (second) support point is now arranged on the ball screw nut, which is only used in the case of high rack transverse loads. The KGT nut is in particular arranged in a stationary manner, preferably arranged directly on the first and second support elements. The second support point on the ball screw nut is in turn designed to be stationary for the translatory movement of the rack, which means that no material is removed from the rolling on the rack because the rack is not in contact with the housing. The contact surfaces on the ball screw nut itself are preferably designed to be smooth on the surface.

Hohe Zahnstangenquerbelastungen treten hierbei insbesondere bei Sonderereignissen auf, die keine Betriebslastbelastung darstellen, wie Missbrauch oder dergleichen. In unbelasteten Zuständen oder bei Betriebslasten kommt die Stützstelle hingegen nicht zur Anlage. Somit ist insbesondere das erste Abstützelement derart ausgebildet, dass es in Abhängigkeit der aktuellen Belastung eine einseitige oder zweiseitige Abstützung der KGT-Mutter innerhalb eines Gehäuses gewährleistet.High rack transverse loads occur here in particular in the case of special events that do not represent an operational load, such as misuse or the like. In unloaded states or with operating loads, however, the support point does not come into contact. Thus, in particular, the first support element is designed in such a way that, depending on the current load, it ensures one-sided or two-sided support of the ball screw nut within a housing.

Im Rahmen der Erfindung ist erkannt worden, dass durch die erfindungsgemäße Abstützung einer servomotorseitigen Lagerstelle einer Zahnstangenlenkvorrichtung mittels einer KGT-Mutter, die ein erstes und zweites Abstützelement aufweist, wobei das erste Abstützelement in einem unbelasteten Zustand der Zahnstangenlenkvorrichtung nur einseitig abgestützt zwischen der KGT-Mutter und dem Gehäuse angeordnet ist, eine besonders materialverschleißarme Ausführung einer Zahnstangenlenkvorrichtung garantiert werden kann, die zugleich ein besonders komfortables Fahrgefühl ermöglicht. Ein minimaler Materialverschleiß wird hierbei insbesondere durch die gegenständlich vorgesehene ortsfeste Abstützung der Zahnstange sowie die Reduzierung des Materialkontaktes auf einen Kontakt lediglich in einem Belastungszustand ermöglicht. Durch die zusätzliche (zweite) Abstützstelle wird die Verformung der Zahnstange innerhalb der KGT-Mutter reduziert. Ein vorteilhaftes Fahrgefühl wird ferner insbesondere dadurch gewährleistet, dass ein „Harkeln“ eines Kugelgewindetriebs durch die beidseitige Abstützung verringert wird.In the context of the invention it has been recognized that the inventive support of a servomotor-side bearing point of a rack and pinion steering device by means of a KGT nut which has a first and second support element, the first support element being supported only on one side between the KGT nut in an unloaded state of the rack and pinion steering device and the housing is arranged, a particularly low-wear design of a rack and pinion steering device can be guaranteed, which at the same time enables a particularly comfortable driving experience. A minimal material wear is made possible in this case, in particular, by the fixed support of the toothed rack, which is provided in the object, as well as the reduction of the material contact to one contact only in a load state. The additional (second) support point reduces the deformation of the rack within the KGT nut. An advantageous driving experience is also ensured in particular by the fact that a “cackling” of a ball screw drive is reduced by the support on both sides.

Durch die Integration der Abstützung in ein Gehäuse der Zahnstange kann ferner eine vorteilhafte Montagereihenfolge beibehalten werden.By integrating the support in a housing of the rack, an advantageous assembly sequence can also be maintained.

Im Rahmen einer besonders materialschonenden Ausführung und einer gleichzeitigen Gewährleistung eines besonders angenehmen Fahrgefühls kann erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen sein, dass zwischen dem ersten Abstützelement und dem Gehäuse oder zwischen dem ersten Abstützelement und der KGT-Mutter bei normalen Betriebslasten der Zahnstangenlenkvorrichtung ein Luftspalt zur Herstellung eines Toleranzausgleichs angeordnet ist. Durch die Anordnung eines Luftspaltes zwischen dem ersten Abstützelement und dem Gehäuse oder zwischen dem ersten Abstützelement und der KGT-Mutter in einer belastungsfreien Situation besteht insgesamt eine deutlich geringere Gesamtbelastung für das Material einer gegenständlichen Zahnstangenlenkvorrichtung und somit ein entsprechend geringerer Materialverschleiß, da die miteinander in Kontakt stehenden Flächen oder Bereiche zwischen dem ersten Abstützelement und dem Gehäuse oder zwischen dem ersten Abstützelement und der KGT-Mutter nur in Belastungssituationen entsprechenden Abnutzungserscheinungen durch Reibung oder dergleichen unterliegen.In the context of a particularly material-friendly design and at the same time ensuring a particularly pleasant driving experience, according to the invention it can in particular be provided that an air gap is arranged between the first support element and the housing or between the first support element and the KGT nut under normal operating loads of the rack-and-pinion steering device to produce tolerance compensation is. By arranging an air gap between the first support element and the housing or between the first support element and the KGT nut in a load-free situation, there is overall a significantly lower overall load on the material of an objective rack-and-pinion steering device and thus a correspondingly lower material wear, since they are in contact with one another standing surfaces or areas between the first support element and the housing or between the first support element and the ball screw nut are subject to wear and tear due to friction or the like only in load situations.

Im Hinblick auf eine besonders effektive Minimierung eines Materialverschleißes sowie der Gewährleistung eines besonders angenehmen Fahrgefühls kann gegenständlich insbesondere vorgesehen sein, dass der Luftspalt im Wesentlichen symmetrisch, vorzugsweise punktsymmetrisch zwischen dem ersten Abstützelement und dem Gehäuse oder zwischen dem ersten Abstützelement und der KGT-Mutter angeordnet ist. Unter einer symmetrischen bzw. punktsymmetrischen Anordnung wird hierbei insbesondere eine Anordnung verstanden, in der der Luftspalt denselben radialen Abstand zwischen dem ersten Abstützelement und dem Gehäuse oder zwischen dem ersten Abstützelement und der KGT-Mutter aufweist. Zur effektiven Vorbeugung eines Materialverschleißes kann der Luftspalt hierbei vorzugsweise eine Größe von weniger als 3 mm, besonders bevorzugt weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 0,5 mm aufweisen.With regard to a particularly effective minimization of material wear and the guarantee of a particularly pleasant driving experience, it can be specifically provided that the air gap is arranged essentially symmetrically, preferably point symmetrically, between the first support element and the housing or between the first support element and the KGT nut . A symmetrical or point-symmetrical arrangement is understood to mean in particular an arrangement in which the air gap has the same radial distance between the first support element and the housing or between the first support element and the ball screw nut. The air gap can be used to effectively prevent material wear preferably have a size of less than 3 mm, particularly preferably less than 1 mm, in particular less than 0.5 mm.

Im Hinblick auf eine besonders einfach anpassbare Ausführung der gegenständlichen Zahnstangenlenkvorrichtung, ist es auch denkbar, dass die Größe des Luftspaltes variabel ist und bspw. in Abhängigkeit der verwendeten Materialien der Lenkungskomponenten und deren Elastizitäten und/oder in Abhängigkeit von Bauteiltoleranzen und/oder der geometrischen Anordnung und Größe der Lenkungskomponenten und/oder in Abhängigkeit der Höhe der einwirkenden Kräfte variiert wird.With regard to a particularly easily adaptable design of the rack and pinion steering device in question, it is also conceivable that the size of the air gap is variable and, for example, depending on the materials used for the steering components and their elasticities and / or depending on component tolerances and / or the geometric arrangement and the size of the steering components and / or is varied as a function of the magnitude of the forces acting.

Im Hinblick auf eine besonders effektive Minimierung eines Materialverschleißes sowie die Gewährleistung eines besonders angenehmen Fahrgefühls kann gegenständlich insbesondere vorgesehen sein, dass das erste Abstützelement die KGT-Mutter vollumfänglich umgibt. Unter einem vollumfänglichen Umgeben kann im Rahmen der Erfindung insbesondere eine ringförmige Umschließung oder dergleichen verstanden werden, wobei das Abstützelement die KGT-Mutter insbesondere vollständig kontaktierend vollumfänglich umgeben kann.With regard to a particularly effective minimization of material wear and the guarantee of a particularly pleasant driving experience, it can be provided in particular that the first support element completely surrounds the ball screw nut. In the context of the invention, a fully circumferential surrounding can in particular be understood to mean an annular enclosure or the like, wherein the support element can, in particular, completely surround the ball screw nut in a completely contacting manner.

Im Rahmen einer besonders kostengünstigen und geräuscharmen Ausführung der gegenständlichen Zahnstangenlenkvorrichtung kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass das erste Abstützelement in Form eines Lagerringes gebildet ist, wobei der Lagerring vorzugsweise aus Kunststoff gebildet ist. Der Lagerring kann hierbei sowohl der Geräuschdämpfung, als auch der Kraftabstützung dienen und insbesondere in Form von Kunststoffgleitbuchsen oder dergleichen ausgebildet sein. Im Hinblick auf eine möglichst wartungsarme Ausführung der gegenständlichen Zahnstangenlenkvorrichtung kann das erste Abstützelement hierbei vorzugsweise aus einem selbstschmierenden Kunststoff, bevorzugt aus einem Verbundwerkstoff, insbesondere aus PTFE gebildet sein.As part of a particularly cost-effective and low-noise embodiment of the rack and pinion steering device in question, it can furthermore be provided according to the invention that the first support element is formed in the form of a bearing ring, the bearing ring preferably being made of plastic. The bearing ring can serve to dampen noise as well as to support force and can in particular be designed in the form of plastic sliding bushings or the like. With a view to an embodiment of the rack and pinion steering device in question that is as low-maintenance as possible, the first support element can preferably be formed from a self-lubricating plastic, preferably from a composite material, in particular from PTFE.

Ebenso ist es denkbar, dass das erste Abstützelement in Form eines Gleitlagers und/oder eines Wälzlagers gebildet ist. Dabei kann zur Geräuschdämpfung auch zusätzlich zur Anordnung eines Gleitlagers oder Wälzlagers ein Lagerring vorgesehen sein, der vorzugsweise innerhalb des Gleitlagers oder Wälzlagers angeordnet sein kann.It is also conceivable that the first support element is formed in the form of a plain bearing and / or a roller bearing. In this case, in addition to the arrangement of a sliding bearing or roller bearing, a bearing ring can be provided for noise damping, which can preferably be arranged within the sliding bearing or roller bearing.

Im Hinblick auf eine besonders effektive Abstützung bzw. ein besonders effektives Abfangen von Kräften auf die Zahnstange der gegenständlichen Zahnstangenlenkvorrichtung kann erfindungsgemäß zudem vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass das erste Abstützelement und das zweite Abstützelement gegenüberliegend voneinander jeweils in den Endbereichen der KGT-Mutter angeordnet sind. Die gegenständlichen Endbereiche können hierbei bis zu einem ersten und einem zweiten kopfseitigen Ende der gegenständlichen KGT-Mutter reichen und vorzugsweise zusammen, insbesondere zumindest 5 % der Gesamtfläche der KGT-Mutter besitzen, insbesondere zumindest 10 % der Gesamtfläche der KGT-Mutter besitzen.With regard to particularly effective support or particularly effective interception of forces on the rack of the rack and pinion steering device in question, it can also advantageously be provided according to the invention that the first support element and the second support element are arranged opposite one another in the end regions of the KGT nut. The end areas in question can extend to a first and a second head end of the ball screw nut in question and preferably together, in particular, have at least 5% of the total area of the ball screw nut, in particular at least 10% of the total area of the ball screw nut.

Im Hinblick auf eine besonders effektive Stabilisierung einer Zahnstange einer gegenständlichen Zahnstangenlenkvorrichtung ist es ferner vorstellbar, dass das zweite Abstützelement die KGT-Mutter vollumfänglich umgibt, wobei das zweite Abstützelement vorzugsweise als KGT-Lager gebildet ist. Hierbei kann auch das zweite Abstützelement derart ausgebildet sein, dass das Abstützelement die KGT-Mutter insbesondere vollständig kontaktierend vollumfänglich umgibt.With regard to a particularly effective stabilization of a rack of an objective rack and pinion steering device, it is also conceivable that the second support element completely surrounds the ball screw nut, the second support element preferably being formed as a ball screw bearing. Here, the second support element can also be designed in such a way that the support element completely surrounds the ball screw nut, in particular in a completely contacting manner.

Im Hinblick auf eine möglichst effektive und komfortable Übertragung einer Lenkbewegung von einem Steuerelement auf die Radträger kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass die lenksäulenseitigen Lagerstellen zur Lagerung der Zahnstange in Form einer Lenkungsverzahnung und einem Druckstück gebildet sind.With a view to the most effective and comfortable transfer of a steering movement from a control element to the wheel carrier, the invention also provides for the bearing points on the steering column side for mounting the rack to be formed in the form of steering teeth and a pressure piece.

Im Hinblick auf ein besonders komfortables Fahrgefühl sowie einen besonders geringen Materialverschleiß kann erfindungsgemäß ferner vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die servomotorseitige Lagerstelle in Form eines Kugelgewindetriebs gebildet ist und ein um die KGT-Mutter angeordnetes KGT-Hauptlager aufweist. Das KGT-Hauptlager kann hierbei insbesondere in Form eines Wälzlagers gebildet sein. Im Rahmen einer besonders günstigen Montagereihenfolge kann das Hauptlager hierbei ferner gegenüber der KGT-Mutter mittig angeordnet sein, sodass erst das Hauptlager fixiert werden kann, bevor beispielsweise ein Riemenantrieb montiert werden kann.With regard to a particularly comfortable driving experience and particularly low material wear, the invention can also advantageously provide that the servomotor-side bearing point is formed in the form of a ball screw drive and has a ball screw main bearing arranged around the ball screw nut. The KGT main bearing can in particular be designed in the form of a roller bearing. As part of a particularly favorable assembly sequence, the main bearing can also be arranged centrally opposite the ball screw nut so that the main bearing can first be fixed before a belt drive, for example, can be installed.

Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Kraftfahrzeug, umfassend eine voranstehend beschriebene Zahnstangenlenkvorrichtung. Damit weist das gegenständliche Kraftfahrzeug die gleichen Merkmale auf, wie bereits ausführlich in Bezug auf die gegenständliche Zahnstangenlenkvorrichtung beschrieben worden sind.The invention also relates to a motor vehicle comprising a rack and pinion steering device described above. The motor vehicle in question thus has the same features as have already been described in detail with regard to the rack and pinion steering device in question.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description, in which exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. The features mentioned in the claims and in the description can be essential to the invention individually or in any combination.

Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkvorrichtung zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug in einer Teilschnittdarstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Darstellung eines Teilausschnittes der erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkvorrichtung zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug gemäß 1, 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Teilausschnittes der erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkvorrichtung zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug gemäß 1,
4 eine vergrößerte schematische Darstellung eines Teilausschnittes einer erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkvorrichtung zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Show it:

1 a schematic representation of a rack and pinion steering device according to the invention for use in a motor vehicle in a partial sectional view according to a first embodiment,
2 a schematic representation of a partial section of the rack and pinion steering device according to the invention for use in a motor vehicle according to FIG 1 , 3 a schematic representation of a further partial section of the rack and pinion steering device according to the invention for use in a motor vehicle according to FIG 1 ,
4th an enlarged schematic representation of a partial section of a rack and pinion steering device according to the invention for use in a motor vehicle according to a second embodiment.

In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identische Bezugszeichen verwendet.In the following figures, the same reference numerals are used for the same technical features from different exemplary embodiments.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkvorrichtung 2 zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug in einer Teilschnittdarstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. 1 shows a schematic representation of a rack and pinion steering device according to the invention 2 for use in a motor vehicle in a partial sectional view according to a first exemplary embodiment.

Hierbei umfasst die gegenständliche Zahnstangenlenkvorrichtung 2 eine Zahnstange 4 zur Übertragung einer Lenkbewegung von einem Steuerelement 3 - wie beispielsweise einem Lenkrad - an die Radträger 6, ein Gehäuse 12 zur Aufnahme der Zahnstange 4, eine lenksäulenseitige Lagerstelle 8 zur Lagerung der Zahnstange 4 innerhalb des Gehäuses 12 sowie eine servomotorseitige Lagerstelle 10 zur Lagerung der Zahnstange 4 innerhalb des Gehäuses 12, wobei die servomotorseitige Lagerstelle 10 eine KGT-Mutter 14 aufweist, die über ein erstes und zweites Abstützelement 16, 28 innerhalb des Gehäuses 12 abgestützt ist. Hierbei ist das erste Abstützelement 16 in einem unbelasteten Zustand der Zahnstangenlenkvorrichtung 2, in dem im Wesentlichen lediglich die betreffenden Gewichtskräfte der einzelnen Komponenten der Zahnstangenlenkvorrichtung 2 auf diese wirken, nur einseitig abgestützt zwischen der KGT-Mutter 14 und dem Gehäuse 12 angeordnet, um einen Toleranzausgleich zu gewährleisten.Here, the rack and pinion steering device in question comprises 2 a rack 4th for transmitting a steering movement from a control element 3 - such as a steering wheel - to the wheel carrier 6th , a housing 12th for receiving the rack 4th , a bearing point on the steering column side 8th for storing the rack 4th inside the case 12th as well as a bearing point on the servomotor side 10 for storing the rack 4th inside the case 12th , where the bearing point on the servomotor side 10 a KGT mother 14th has, which have a first and second support element 16 , 28 inside the case 12th is supported. Here is the first support element 16 in an unloaded state of the rack and pinion steering device 2 , in which essentially only the relevant weight forces of the individual components of the rack and pinion steering device 2 act on these, only supported on one side between the KGT nut 14th and the case 12th arranged to ensure tolerance compensation.

Die lenksäulenseitige Lagerstelle 8 zur Lagerung der Zahnstange 4 ist vorliegend in Form einer Lenkungsverzahnung 24 sowie einem Druckstück 26 gebildet. Die servomotorseitige Lagerstelle 10 ist hingegen in Form eines Kugelgewindetriebs gebildet und weist ein um die KGT-Mutter angeordnetes KGT-Hauptlager 28 auf, das vorliegend das gegenständliche zweite Abstützelement 28 bildet.The bearing point on the steering column side 8th for storing the rack 4th is present in the form of a steering gear 24 as well as a pressure piece 26th educated. The bearing point on the servomotor side 10 is, however, in the form of a ball screw drive and has a ball screw main bearing arranged around the ball screw nut 28 on, the present the second support element in question 28 forms.

Der Pfeil symbolisiert eine Kraft F auf die Zahnstange 4, die für eine Durchbiegung der Zahnstange 4 verantwortlich ist. Die größte Verformung ergibt sich hierbei am Ende der Zahnstange 4. Die Größe der Materialspannungen sind entsprechend von der geometrischen Gestaltung der Zahnstange abhängig.The arrow symbolizes a force F on the rack 4th causing the rack to sag 4th responsible for. The greatest deformation occurs at the end of the rack 4th . The size of the material stresses are dependent on the geometric design of the rack.

Ein Lenkvorgang wird mittels der gegenständlichen Zahnstangenlenkvorrichtung 2 vorliegend vorzugsweise derart ausgeführt, dass eine über das Steuerelement 3 initiierte Lenkbewegung zunächst über die lenksäulenseitige Lagerstelle 8 auf die Zahnstange 4 übertragen wird, bevor die Bewegung über den Servomotor 30 auf die Radträger 6 übertragen und eine entsprechende Lenkung ausgeführt wird.A steering process is carried out by means of the rack and pinion steering device in question 2 in the present case preferably designed in such a way that one over the control element 3 initiated steering movement initially via the bearing point on the steering column side 8th on the rack 4th is transmitted before the movement via the servo motor 30th on the wheel carriers 6th transferred and a corresponding steering is carried out.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Teilausschnittes der erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkvorrichtung 2 zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug gemäß 1. 2 shows a schematic representation of a partial section of the rack and pinion steering device according to the invention 2 for use in a motor vehicle according to 1 .

Gemäß der hier vergrößert dargestellten servomotorseitigen Lagerstelle 10 ist neben dem ersten Abstützelement 16 zur Abstützung der KGT-Mutter 14 auch noch ein zweites in Form eines KGT-Lagers gebildetes Abstützelement 28 dargestellt, das gegenüberliegend von dem ersten Abstützelement 16 genau wie auch das erste Abstützelement 16 in Endbereichen 22 der KGT-Mutter 14 angeordnet ist und durch die axiale Sicherung 18 in seiner Position gehalten wird. Ferner ist der erfindungsgemäß vorzugsweise vorgesehene Luftspalt 20 zur Herstellung eines Toleranzausgleichs zu erkennen, der vorliegend zwischen dem Gehäuse 12 und dem ersten Abstützelement 16 angeordnet ist und eine besonders komfortable Lenkbewegung sowie einen besonders geringen Materialverschleiß einer gegenständlichen Zahnstangenlenkvorrichtung 2 gewährleistet.According to the bearing point on the servomotor side, shown enlarged here 10 is next to the first support element 16 to support the KGT nut 14th also a second support element in the form of a KGT bearing 28 shown, the opposite of the first support element 16 just like the first support element 16 in end areas 22nd the KGT mother 14th is arranged and by the axial securing 18th is held in position. Furthermore, the air gap preferably provided according to the invention is 20th to establish a tolerance compensation, the present between the housing 12th and the first support element 16 is arranged and a particularly comfortable steering movement and a particularly low material wear of an objective rack and pinion steering device 2 guaranteed.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Teilausschnittes der erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkvorrichtung 2 zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug gemäß 1. 3 shows a schematic representation of a further partial section of the rack and pinion steering device according to the invention 2 for use in a motor vehicle according to 1 .

Gemäß dieser vergrößerten Darstellung ist insbesondere die Anordnung des Luftspaltes 20 zwischen dem Gehäuse 12 und dem innerhalb des Gehäuses 12 angeordneten ersten Abstützelement 16 gut zu erkennen. Dieser Luftspalt 20 ist vorliegend symmetrisch, insbesondere punktsymmetrisch zwischen dem ersten Abstützelement 16 und dem Gehäuse 12 angeordnet und umgibt die KGT-Mutter 14 ebenso vollumfänglich, wie das erste Abstützelement 16. Wie ebenfalls gemäß 3 dargestellt ist das erste Abstützelement 16 vorliegend in Form eines Lagerringes gebildet, der vorzugsweise aus Kunststoff gebildet ist. Dieser Lagerring kann sowohl zur Geräuschdämpfung als auch zur Kraftabstützung dienen und beispielsweise auch in Form von Kunststoffgleitbuchsen oder dergleichen ausgebildet sein. Im Hinblick auf eine möglichst wartungsarme Ausführung der gegenständlichen Zahnstangenlenkvorrichtung 2 kann das erste Abstützelement 16 hierbei vorzugsweise aus einem selbstschmierenden Kunststoff, bevorzugt aus einem Verbundwerkstoff, insbesondere aus PTFE gebildet sein.According to this enlarged illustration, the arrangement of the air gap is in particular 20th between the housing 12th and that inside the case 12th arranged first support element 16 clearly visible. This air gap 20th is presently symmetrical, in particular point-symmetrical between the first support element 16 and the case 12th arranged and surrounds the KGT nut 14th just as fully as the first support element 16 . As also according to 3 the first support element is shown 16 present in the form of a Bearing ring formed, which is preferably made of plastic. This bearing ring can serve both for noise damping and for force support and can also be designed, for example, in the form of plastic sliding bushings or the like. With regard to a low-maintenance design of the rack and pinion steering device in question 2 can the first support element 16 in this case preferably made from a self-lubricating plastic, preferably from a composite material, in particular from PTFE.

4 zeigt eine vergrößerte schematische Darstellung eines Teilausschnitts der erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkvorrichtung 2 zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. 4th shows an enlarged schematic representation of a partial section of the rack and pinion steering device according to the invention 2 for use in a motor vehicle according to a second embodiment.

Gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist das erste Abstützelement 16 in Form eines Gleitlagers ausgebildet, das ebenfalls vollumfänglich um die KGT-Mutter 14 angeordnet ist. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform gemäß 3 ist der Luftspalt 20 hierbei jedoch nicht zwischen dem Gehäuse 12 und dem ersten Abstützelement 16, sondern zwischen dem ersten Abstützelement 16 und der KGT-Mutter 14 angeordnet. Hierbei ist es gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zudem denkbar, dass auch bei einer Ausführung des ersten Abstützelementes 16 in Form eines Gleitlagers zusätzlich ein Lagerring, beispielsweise aus Kunststoff oder dergleichen vorgesehen sein kann. Alternativ zur Anordnung eines Gleitlagers kann ebenso ein Wälzlager als erstes Abstützelement 16 vorgesehen sein.According to this second embodiment, the first support element 16 designed in the form of a plain bearing, which is also fully around the KGT nut 14th is arranged. In contrast to the first embodiment according to 3 is the air gap 20th but not between the housing 12th and the first support element 16 , but between the first support element 16 and the KGT mother 14th arranged. According to the second exemplary embodiment, it is also conceivable that, even when the first support element is designed 16 In addition, a bearing ring, for example made of plastic or the like, can be provided in the form of a plain bearing. As an alternative to the arrangement of a plain bearing, a roller bearing can also be used as the first support element 16 be provided.

Mittels der gegenständlichen Zahnstangenlenkvorrichtung 2 ist es insbesondere möglich, durch die erfindungsgemäße Abstützung einer servomotorseitigen Lagerstelle 10 einer Zahnstangenlenkvorrichtung 2 mittels einer KGT-Mutter 14, die ein erstes und zweites Abstützelement 16, 28 aufweist, wobei das erste Abstützelement 16 in einem unbelasteten Zustand der Zahnstangenlenkvorrichtung 2 nur einseitig abgestützt zwischen der KGT-Mutter 14 und dem Gehäuse 12 angeordnet ist, eine besonders materialverschleißarme Ausführung einer Zahnstangenlenkvorrichtung 2 zu garantieren, die zugleich ein besonders komfortables Fahrgefühl ermöglicht. Ein minimaler Materialverschleiß wird hierbei insbesondere durch die gegenständlich vorgesehene ortsfeste Abstützung der Lenkung sowie die Reduzierung des Materialkontaktes auf einen Kontakt lediglich in einem Belastungszustand ermöglicht. Ein vorteilhaftes Fahrgefühl wird ferner insbesondere dadurch gewährleistet, dass ein „Harkeln“ eines Kugelgewindetriebs durch die beidseitig Abstützung verringert wird. Durch die Integration der Abstützung in ein Gehäuse 12 der Zahnstange 4 kann ferner eine vorteilhafte Montagereihenfolge beibehalten werden.By means of the rack and pinion steering device in question 2 it is possible, in particular, through the support according to the invention for a bearing point on the servomotor side 10 a rack and pinion steering device 2 by means of a KGT mother 14th that have a first and second support element 16 , 28 having, wherein the first support element 16 in an unloaded state of the rack and pinion steering device 2 only supported on one side between the KGT nut 14th and the case 12th is arranged, a particularly low-wear design of a rack and pinion steering device 2 to guarantee, which at the same time enables a particularly comfortable driving experience. A minimum of material wear is made possible in this case, in particular, by the fixed support of the steering system, which is provided in the object, as well as the reduction of the material contact to one contact only in a load state. An advantageous driving experience is also ensured in particular by the fact that a ball screw drive “creaking” is reduced by the support on both sides. By integrating the support in a housing 12th the rack 4th an advantageous assembly sequence can also be retained.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

22: ZahnstangenlenkvorrichtungRack and pinion steering device
33: SteuerelementControl
44th: ZahnstangeRack
66th: RadträgerWheel carrier
88th: lenksäulenseitige Lagerstellebearing point on the steering column side
1010: servomotorseitige LagerstelleBearing on the servomotor side
1212th: Gehäusecasing
1414th: KGT-MutterKGT mother
1616: erstes Abstützelementfirst support element
1818th: axiale Sicherungaxial securing
2020th: LuftspaltAir gap
2222nd: EndbereicheEnd areas
2424: LenkungsverzahnungSteering gear
2626th: DruckstückPressure piece
2828: zweites Abstützelement/KGT-HauptlagerSecond support element / KGT main bearing
3030th: ServomotorServo motor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102016011891 A1 [0003]
DE 102004030349 A1 [0003]

Claims

Rack and pinion steering device (2) for use in a motor vehicle, comprising: - a rack (4) for transmitting a steering movement from a control element (3) to the wheel carrier (6), - a housing (12) for receiving the rack (4), - a bearing point (8) on the steering column side for mounting the rack (4) within the housing (12), - a bearing point (10) on the servomotor side for mounting the rack (4) within the housing (12), - the bearing point (10) on the servomotor side being a Has a ball screw nut (14) which is supported via a first and a second support element (16, 28) inside the housing (12), characterized in that the first support element (16) is only one-sided in an unloaded state of the rack-and-pinion steering device (2) is arranged supported between the ball screw nut (14) and the housing (12) in order to ensure tolerance compensation.

Rack and pinion steering device (2) Claim 1 , characterized in that between the first support element (16) and the housing (12) or between the first support element (16) and the KGT nut (14) in an unloaded state of the rack and pinion steering device (2) an air gap (20) for production a tolerance compensation is arranged.

Rack and pinion steering device (2) Claim 2 , characterized in that the air gap (20) is arranged essentially symmetrically, preferably point-symmetrically between the first support element (16) and the housing (12) or between the first support element (16) and the KGT nut (14).

Rack and pinion steering device (2) Claim 1 or 2 , characterized in that the first support element (16) completely surrounds the ball screw nut.

Rack and pinion steering device (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the first support element (16) is formed in the form of a bearing ring, the bearing ring preferably being made of plastic.

Rack and pinion steering device (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the first support element (16) is formed in the form of a slide bearing and / or roller bearing.

Rack and pinion steering device (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the first support element (16) and the second support element (28) are arranged opposite one another in the end regions (22) of the KGT nut (14).

Rack and pinion steering device (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the second support element (28) completely surrounds the ball screw nut, the second support element (28) being in the form of a ring.

Rack-and-pinion steering device (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing point (8) on the steering column side for mounting the rack (4) is formed in the form of a steering toothing (24) and a pressure piece (26).

Rack and pinion steering device (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing point (10) on the servomotor side is in the form of a ball screw drive and has a ball screw main bearing (28) arranged around the ball screw nut.

Motor vehicle, comprising a rack and pinion steering device (2) according to one of the Claims 1 to 10 .