DE10225034A1

DE10225034A1 - Automobile rack-and-pinion steering mechanism with oil filling within steering mechanism housing for lubrication and cooling

Info

Publication number: DE10225034A1
Application number: DE2002125034
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Joachim; Jens-Uwe Hafermalz; Rainer Schaenzel; Karl Benkler; Hartmut Specht; Hermann Ocker
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2003-12-18
Also published as: WO2003104063A1

Abstract

The steering mechanism (1) has a housing (2) containing a pinion (3) which engages a steering rack (4), the rotation of the pinion converted into axial displacement of the steering rack. The housing has an oil filling (5) for providing lubrication and cooling, the oil filling also used for the intermediate drive stages in the case of power-assisted steering using an electric servo motor.

Description

Zahnstangenlenkungen, die auch als Zahnstangen-Hydrolenkungen oder elektrische Servo- oder Hilfskraftlenkungen ausgebildet sein können, sind aus "Fahrwerktechnik: Lenkung" J. Reimpell, Vogel-Buchverlag 1984, S. 70-90 bekannt. Rack and pinion steering, also known as rack and pinion steering or electric Servo or power steering systems can be designed from "Chassis technology: Steering "J. Reimpell, Vogel-Buchverlag 1984, pp 70-90 known.

Die Zahnstangenlenkung ist im wesentlichen aus einem zylinderförmigen Lenkgehäuse gebildet, in dem eine Zahnstange axial verschieblich angeordnet ist. Ein als Ritzel ausgebildetes Ende einer Lenksäule ist in axialer Richtung des Lenkgehäuses mittig oder seitlich in einer Bohrung des Lenkgehäuses über eine Ritzellagerung gelagert. Das Ritzel kämmt mit der Zahnstange. Ein in einer Axialführung des Lenkgehäuses eingesetztes Druckstück hält das Ritzel in Anlage an der Zahnstange. The rack and pinion steering system consists essentially of a cylindrical steering housing formed in which a rack is axially displaceable. One as a pinion formed end of a steering column is centered in the axial direction of the steering housing or stored laterally in a hole in the steering housing via a pinion bearing. The Pinion meshes with the rack. One in an axial guide of the steering housing Inserted pressure piece keeps the pinion in contact with the rack.

Derartige Lenkgetriebe mit Schiebebewegung sind in bekannter Weise mit einer Schmierfettfüllung versehen. Treten im Betrieb hohe Lenkmomente und Lenkgeschwindigkeiten auf, so kann es zu erhöhtem Verschleiß, Fressen oder gar zu Grübchenbildung kommen. Das Lenkspiel vergrößert sich dadurch und es ergeben sich störende Betriebsgeräusche. Such steering gear with sliding movement are in a known manner with a Provide grease filling. High steering torques occur during operation Steering speeds on, so it can lead to increased wear, seizure or even Dimples come. The steering play increases and there are annoying Operating noise.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnstangenlenkung der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, dass Verschleiß der Zahnstangenlenkung minimiert ist. The invention has for its object a rack and pinion steering Generic type in such a way that wear of the rack and pinion steering is minimized.

Die Aufgabe wird mit einer Zahnstangenlenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. The object is achieved with a rack and pinion steering system with the features of claim 1 solved.

Um die Schmierung der Zahnstangenlenkung in dem gesamten Temperaturbereich von etwa -40°C bis 130°C, in dem die Zahnstangenlenkung betrieben werden kann, zu verbessern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, das Lenkgehäuse mit einer Ölfüllung zu versehen. Die Ölfüllung dient dabei Schmier- und Kühlzwecken. To lubricate the rack and pinion steering in the entire temperature range of about -40 ° C to 130 ° C, in which the rack and pinion steering can be operated improve, it is provided according to the invention, the steering housing with an oil filling Mistake. The oil filling is used for lubrication and cooling purposes.

Insbesondere bei elektrischen Servo- oder Hilfskraftlenkungen ist dem Lenkgetriebe mit Schiebebewegung ein Getriebe eines Elektromotors zugeordnet, wobei das Getriebe des Elektromotors in dem Lenkgehäuse aufgenommen sein kann. Es ist zweckmäßig, das Getriebe des Elektromotors mit der Ölfüllung mit Schmierstoff mitzuversorgen. Um Planschverluste in dem Getriebe des Elektromotors zu minimieren kann es zweckmäßig sein, die Ölfüllstände des Lenkgehäuses und des Getriebes des Elektromotors unterschiedlich zu wählen. Es ist jedoch zweckmäßig, das Ritzel und je ein Zahnrad jeder Stufe des Getriebes des Elektromotors in Öl tauchen zu lassen. The steering gear is included in particular with electric servo or power steering systems Sliding motion associated with a transmission of an electric motor, the transmission of the electric motor can be accommodated in the steering housing. It is advisable to supply the gearbox of the electric motor with the oil filling with lubricant. Around It can be useful to minimize churning losses in the gearbox of the electric motor be the oil levels in the steering box and the gearbox of the electric motor to choose differently. However, it is useful to have the pinion and one gear each Have the gear of the electric motor immersed in oil.

Die Zahnstangenlenkung mit dem Getriebe für den Elektromotor ist somit mit einer Tauchschmierung, bevorzugt mit Vorkehrungen zur Lagerschmierung aller Lager in dem Lenkgehäuse und dem Getriebe des Elektromotors ausgebildet. The rack and pinion steering with the gearbox for the electric motor is therefore one Splash lubrication, preferably with precautions for bearing lubrication of all bearings in the steering housing and the gear of the electric motor.

In Abhängigkeit von der Eintauchtiefe der Zahnräder können gefettete Öle oder Hochdruckgetriebeöle angewandt werden. Gefettete Öle ergeben eine Verbesserung der Haftung an den Zahnflanken-Oberflächen. Das Öl, welches in einem Temperaturbereich von -40°C bis 130°C einsetzbar sein soll, dient ferner zur Wärmeabfuhr vom Getriebe des Elektromotors an das Lenkgehäuse. Zudem ist die notwendige Verschiebekraft der Zahnstange, insbesondere beim Betrieb der Zahnstangenlenkung ohne Servounterstützung durch diese konstruktive Maßnahme minimiert. Depending on the immersion depth of the gears, greased oils or High pressure gear oils are used. Greased oils result in an improvement in Adhesion to the tooth flank surfaces. The oil in one Temperature range from -40 ° C to 130 ° C should also be used for heat dissipation from Gearbox of the electric motor to the steering box. In addition, the necessary Displacement force of the rack, especially when operating the rack and pinion steering without Servo support minimized by this constructive measure.

Zur Abdichtung des Lenkgehäuses der Zahnstangenlenkung am Lenksäuleneingang ist die Ritzellagerung mit einem Wellendichtring zur Umgebung des Lenkgehäuses abgedichtet. Zur Spielfreistellung der Verzahnung zwischen Ritzel und Zahnstange ist ein Druckstück in einer Bohrung des Lenkgehäuses angeordnet, wobei es zweckmäßig ist, das Druckstück und/oder dessen Deckel mit O-Ringen abzudichten. To seal the steering housing of the rack and pinion steering at the steering column entrance the pinion bearing with a shaft seal to the surroundings of the steering housing sealed. To free the play of the toothing between the pinion and the rack is a Thrust piece arranged in a bore of the steering housing, it being expedient to seal the pressure piece and / or its cover with O-rings.

Zur axialen Abdichtung des Lenkgehäuses eignet sich ein Faltenbalg, der den Bereich zwischen dem jeweiligen axialen Ende des Lenkgehäuses und einer Spurstange abdichtet. Die Spurstange und/oder das Lenkgehäuse können zu dem Faltenbalg über einen O-Ring zusätzlich abgedichtet werden, um über den gesamten Temperaturbereich eine sichere Dichtung zu erreichen. A bellows covering the area is suitable for the axial sealing of the steering housing between the respective axial end of the steering housing and a tie rod seals. The tie rod and / or the steering housing can be connected to the bellows an O-ring can also be sealed to cover the entire Temperature range to achieve a secure seal.

Die Anwendung einer Ölfüllung in dem Lenkgehäuse und dem Getriebe eines Elektromotors als Hilfskraft- oder Servomotor hat zudem den Vorteil, dass Maschinenelemente aus Kunststoff in der Zahnstangenlenkung durch die Ölfüllung gut konditioniert sind und konstantere mechanische Eigenschaften aufweisen. Der Verschleiß der Bauteile ist minimiert und Geräuschemissionen der Zahnstangenlenkung vermindert. The application of an oil fill in the steering box and the gearbox Electric motor as an auxiliary or servo motor also has the advantage that machine elements made of plastic in the rack and pinion steering are well conditioned by the oil filling and have more constant mechanical properties. The wear of the components is minimized and noise emissions of the rack and pinion steering reduced.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung gezeigt. In der Zeichnung zeigt: An embodiment of the invention is shown below with reference to the drawing. The drawing shows:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Lenkgehäuse einer Zahnstangenlenkung Fig. 1 shows a longitudinal section through a steering housing of a rack and pinion steering

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Lenkgehäuse entlang der Linie II-II in Fig. 1. FIG. 2 shows a cross section through the steering housing along the line II-II in FIG. 1.

In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Lenkgehäuse 2 einer Zahnstangenlenkung 1 gezeigt. Das Lenkgehäuse 2 ist als zylinderförmiges Druckgussgehäuse ausgebildet und weist an seinen axialen Enden je ein Lager 13, 13', für eine Zahnstange 4 auf. Die Zahnstange 4 durchragt das Lenkgehäuse 2 und ist an ihren axialen Enden gelenkig mit je einer Spurstange 12, 12', verbunden, die in Abhängigkeit von der gewählten Achskonstruktion über weitere Lenkhebel für eine entsprechende Schwenkbewegung lenkbarer Räder eines Kraftfahrzeugs sorgen. Das Lenkgehäuse 2 ist mit je einem Faltenbalg 11, 11 ', der je das axiale Ende des Lenkgehäuses 2 und eine Spurstange 12, 12' dichtend umgreift, gegenüber der Umgebung abgedichtet. Die Zahnstange 4 ist aus einem einseitig abgeflachten Rundstahl gebildet, in deren Abflachung eine Verzahnung 15 eingearbeitet ist. Die der Verzahnung 15 gegenüberliegende Seite der Zahnstange 4 dient als Gleitfläche zur Abstützung der Zahnstange 4 mit einer Anpresseinrichtung 16. Die Anpresseinrichtung 16 ist in bekannter Weise aus einem federbelasteten Druckstück 8, welches in einer etwa quer zur Längsachse 17 des Lenkgehäuses 2 verlaufenden Bohrung 9 gleitend gelagert ist, gebildet. Das Druckstück 8 preßt die Zahnstange 4 zur Spielfreistellung an die Evolventenverzahnung des Ritzels 3 (vgl. Fig. 2). Das Ritzel 3 und das Druckstück 8 bilden das Lager 13 für die Zahnstage 4. Das Ritzel 3 ist in einem Lager 18 an einem Lenkspindelanschluß 19 in einem Lenksäuleneingang 6 des Lenkgehäuses gelagert. Zudem ist ein Lager 14 an dem, dem Lenkspindelanschluß 19 abgewandten Ende des Ritzels 3 im Lenkgehäuse 2 angeordnet und durch das Lenkgehäuse 2 selbst gegen die Umgebung abgedichtet. Damit ist das Ritzel axial und radial festgelegt. Das Ritzel 3 greift so in die Verzahnung 15 der Zahnstange 4 ein, dass es bei einer Drehung die Zahnstange 4 zur axialen Verschiebung in dem Lenkgehäuse veranlasst. In Fig. 1 is a longitudinal section through a steering housing 2 of a steering rack 1. The steering housing 2 is designed as a cylindrical die-cast housing and has a bearing 13 , 13 ′ for a rack 4 at its axial ends. The rack 4 extends through the steering housing 2 and is articulated at its axial ends with a tie rod 12 , 12 ', which, depending on the selected axle construction, provide a corresponding pivoting movement of steerable wheels of a motor vehicle via further steering levers. The steering housing 2 is sealed with respect to the environment by a bellows 11 , 11 ', each of which seals around the axial end of the steering housing 2 and a tie rod 12 , 12 '. The rack 4 is formed from a round steel flattened on one side, in the flattening of a toothing 15 is incorporated. The side of the toothed rack 4 opposite the toothing 15 serves as a sliding surface for supporting the toothed rack 4 with a pressing device 16 . The pressing device 16 is formed in a known manner from a spring-loaded pressure piece 8 , which is slidably mounted in a bore 9 running approximately transversely to the longitudinal axis 17 of the steering housing 2 . The pressure piece 8 presses the toothed rack 4 against the involute toothing of the pinion 3 to release play (see FIG. 2). The pinion 3 and the pressure piece 8 form the bearing 13 for the tooth days 4th The pinion 3 is mounted in a bearing 18 on a steering spindle connection 19 in a steering column input 6 of the steering housing. In addition, a bearing 14 is arranged on the end of the pinion 3 facing away from the steering spindle connection 19 in the steering housing 2 and is sealed off from the surroundings by the steering housing 2 itself. The pinion is thus fixed axially and radially. The pinion 3 engages in the toothing 15 of the toothed rack 4 in such a way that, when it rotates, it causes the toothed rack 4 to move axially in the steering housing.

Ist die Zahnstangenlenkung 1 nicht rein mechanisch, sondern als elektrische Servo- oder Hilfskraftlenkung ausgelegt, so kann mit dem Lenkgehäuse ein Getriebegehäuse eines Getriebes eines Elektromotors verbunden sein. If the rack-and-pinion steering system 1 is not designed purely mechanically, but rather as an electric servo or power steering system, a gearbox housing of a gearbox of an electric motor can be connected to the steering housing.

Zur Verringerung des Verschleißes der Zahnstangenlenkung ist das Lenkgehäuse 2 und das Getriebegehäuse des Getriebes für den Elektromotor mit einer Ölfüllung 5 versehen. Die Schmierung ist in dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel als Tauchschmierung ausgeführt, wobei sichergestellt ist, dass zumindest das Ritzel 3, oder die Verzahnung 15 in Öl taucht. Bei dem nicht gezeigten Getriebe des Elektromotors taucht zumindest ein Zahnrad einer jeden Getriebestufe in Öl. To reduce the wear of the rack and pinion steering, the steering housing 2 and the transmission housing of the transmission for the electric motor are provided with an oil filling 5 . In the exemplary embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the lubrication is designed as splash lubrication, it being ensured that at least the pinion 3 or the toothing 15 is immersed in oil. In the transmission of the electric motor, not shown, at least one gear of each gear stage is immersed in oil.

Es kann zweckmäßig sein, die Ölfüllstände des Lenkgehäuses und des Getriebes des Elektromotors unterschiedlich zu wählen um Planschverlust zu minimieren. Das Öl ist geeignet, seine Schmierfähigkeit bei Temperaturen von etwa -40°C bis 130°C aufrecht zu erhalten. Durch die Ölfüllung ist gewährleistet, dass auch bei hohen Pressungen an den Zahnflanken, beispielsweise bei hohen Lenkgeschwindigkeiten ein ausreichend hoch belastbarer Schmierfilm an den Zahnflanken zur Verfügung steht. It may be appropriate to the oil levels of the steering housing and the gearbox To choose electric motor differently to minimize splashing loss. The oil is suitable to maintain its lubricity at temperatures of around -40 ° C to 130 ° C to obtain. The oil filling ensures that even at high pressures the tooth flanks, for example at high steering speeds a sufficient heavy-duty lubricating film is available on the tooth flanks.

Die Wärmeabfuhr von der Zahnstangenlenkung ist zudem durch die Ölfüllung verbessert. Die Zahnstangenlenkung ist im Betrieb geräuscharm. Durch die Ölfüllung 5 werden auch die Lagerstellen aller beweglichen Getriebeteile geschmiert. Zur Abdichtung des Lenkgehäuses im Druckstückbereich ist ein O-Ring 10 in einer Umfangsnut 20 des Druckstücks 8 eingesetzt und dichtet das Druckstück zu der Bohrung 9 in der es gleitend in dem Lenkgehäuse 2 gelagert ist, ab. Ein weiterer O-Ring 21 dichtet den Deckel 22 am Druckstück 8 und damit das Lenkgehäuse 2 gegen Ölverluste in diesem Bereich ab. Die Ritzellagerung am Lenksäuleneingang 6 ist gegenüber dem Lenkgehäuse 2 durch eine Wellendichtung 7 abgedichtet. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Zahnstangenlenkung
2 Lenkgehäuse
3 Ritzel
4 Zahnstange
5 Ölfüllung
6 Lenksäuleneingang
7 Wellendichtring
8 Druckstück
9 Bohrung
10 O-Ring
11, 11' Faltenbalg
12, 12' Spurstange
13, 13' Lager
14 Lager
15 Verzahnung
16 Anpresseinrichtung
17 Längsachse von 2
18 Lager
19 Lenkspindelanschluß
20 Umfangsnut
21 O-Ring
22 Deckel
The heat dissipation from the rack and pinion steering is also improved by the oil filling. The rack and pinion steering is quiet in operation. The bearing points of all movable gear parts are lubricated by the oil filling 5 . To seal the steering housing in the pressure piece area, an O-ring 10 is inserted in a circumferential groove 20 of the pressure piece 8 and seals the pressure piece to the bore 9 in which it is slidably mounted in the steering housing 2 . Another O-ring 21 seals the cover 22 on the pressure piece 8 and thus the steering housing 2 against oil losses in this area. The pinion bearing on the steering column input 6 is sealed off from the steering housing 2 by a shaft seal 7 . REFERENCE SIGN LIST 1 rack and pinion steering
2 steering housing
3 sprockets
4 racks
5 oil filling
6 steering column entrance
7 shaft seal
8 pressure piece
9 hole
10 O-ring
11 , 11 'bellows
12 , 12 'tie rod
13 , 13 'bearings
14 bearings
15 gearing
16 pressing device
17 longitudinal axis of 2
18 bearings
19 Steering spindle connection
20 circumferential groove
21 O-ring
22 lid

Claims

1. rack and pinion steering, in particular for a motor vehicle, with a steering housing ( 2 ) and a pinion ( 3 ), which is inserted into the steering housing ( 2 ), and with a rack ( 4 ), which is dependent on a rotation of the pinion ( 3 ) is axially displaceable in the steering housing ( 2 ), characterized in that the steering housing ( 2 ) has an oil filling ( 5 ) which is used exclusively for lubrication and cooling purposes.

2. Rack and pinion steering according to claim 1, characterized in that the rack and pinion steering ( 1 ) is designed as an electric servo or power steering and is supported by a gear with an electric motor.

3. rack and pinion steering according to claim 2, characterized in that the transmission of the electric motor has an oil filling.

4. Rack and pinion steering according to claim 3, characterized in that the steering housing ( 2 ) and the gear of the electric motor have the same or different oil levels.

5. Rack and pinion steering according to one of claims 3 or 4, characterized in that at least the pinion ( 3 ) and a gear of each stage of the gear of the electric motor is immersed in oil.

6. rack and pinion steering according to one of claims 1 to 5, characterized in that the oil of the oil filling ( 5 ) is suitable for an operating range of about -40 ° C to 130 ° C.

7. Rack and pinion steering according to one of claims 2 to 6, characterized in that the bearing points in the steering housing ( 2 ) and the transmission are lubricated by the oil filling ( 5 ).

8. rack and pinion steering according to one of claims 1 to 7, characterized in that the pinion bearing at the steering column input ( 6 ) of the steering housing ( 2 ) with a shaft sealing ring ( 7 ) is sealed from the environment.

9. rack and pinion steering according to one of claims 1 to 8, characterized in that a pressure piece ( 8 ) for bearing the rack ( 4 ) on the pinion ( 3 ) in a bore ( 9 ) of the steering housing ( 2 ) is slidably mounted and with a O-ring ( 10 ) to the steering housing ( 2 ) is sealed.

10. Rack and pinion steering according to one of claims 1 to 9, characterized in that the steering housing ( 2 ) is sealed axially via a bellows ( 11 , 11 ') between the steering housing ( 2 ) and a tie rod ( 12 ).

11. Rack and pinion steering according to claim 10, characterized in that the steering housing ( 2 ) and the tie rod ( 12 ) are each sealed with an O-ring to the bellows ( 11 , 11 ').