DE19944133A1 - Vehicle electrical power steering system has motor shaft working in conjunction with worm drive, carrying worm, and forming flexural beam tensioned so worm drive operates with no play - Google Patents
Vehicle electrical power steering system has motor shaft working in conjunction with worm drive, carrying worm, and forming flexural beam tensioned so worm drive operates with no playInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Hilfskraftlen kung für Kraftfahrzeuge nach der im Oberbegriff von An spruch 1 näher definierten Art.The invention relates to an electrical auxiliary power kung for motor vehicles according to the in the preamble of An Proposition 1 defined art.
Elektrische Hilfskraftlenkungen für Kraftfahrzeuge, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, weisen eine Eingangswelle auf, die mit einem Lenkhandrad in Wirkverbin dung steht und die zur Übertragung eines für das Lenken von zu lenkenden Rädern erforderlichen Drehmomentes dient. Ein Ausgangsglied steht mit den zu lenkenden Rädern in Wirkver bindung. Ein Elektromotor, durch den direkt oder indirekt eine Hilfskraft auf das Ausgangsglied ausgeübt werden kann, ist an der Hilfskraftlenkung angeordnet. Die Eingangswelle und das Ausgangsglied sind über ein drehelastisches Glied derart miteinander verbunden, daß zwischen der Eingangswel le und dem Ausgangsglied eine begrenzte Verdrehbewegung möglich ist. Bei Hilfskraftlenkungen mit Zahnstangengetrie be ist das Ausgangsglied als Antriebsritzel ausgebildet und steht über eine Zahnstange mit nicht dargestellten, lenkba ren Rädern eines Kraftfahrzeuges in Wirkverbindung. Die Zahnstange steht über ein, vorzugsweise als Schneckenge triebe ausgebildetes Untersetzungsgetriebe mit einem als Elektromotor ausgeführten Servomotor in Wirkverbindung. Das Ausgangsglied ist über das Schneckengetriebe mit einem Elektromotor verbunden. Die Hauptkomponenten des Elektromo tors sind ein Rotor und ein Stator. Der Stator ist gehäuse fest, der Rotor ist über eine Antriebswelle mit einer Schneckenwelle des Schneckengetriebes verbunden. Bei Hilfs kraftlenkungen mit Kugelmuttergetriebe ersetzt eine Gewin despindel das Antriebsritzel. Electric power steering systems for motor vehicles, as they are known from the prior art, have a Input shaft on, with a steering handwheel in operative connection and stands for the transfer of one for the steering of torque required to steer wheels. On The output link is in active connection with the wheels to be steered binding. An electric motor, through which directly or indirectly an assistant can be exercised on the output member, is located on the power steering. The input shaft and the output member are via a torsionally elastic member connected in such a way that between the input wel le and the output member a limited twisting movement is possible. For power steering with rack and pinion gear be the output member is designed as a drive pinion and stands over a rack with not shown, steerable ren wheels of a motor vehicle in operative connection. The Rack is above, preferably as a worm gear gears trained reduction gear with an as Electric motor designed servo motor in operative connection. The The output link is via the worm gear with a Electric motor connected. The main components of the electromo tors are a rotor and a stator. The stator is housing firmly, the rotor is connected to a drive shaft Worm gear of the worm gear connected. With help Power steering with ball nut transmission replaces a win despindel the drive pinion.
Bei Verwendung eines Schneckengetriebes als Kraftüber tragungsmechanismus einer elektrischen Hilfskraftlenkung, muß, um einen fehlerfreien Betrieb gewährleisten zu können, ein ausreichendes Spiel zwischen der Schneckenwelle und dem Schneckenrad eingestellt werden. Wird dieses Spiel zu ge ring eingestellt, so kommt es zu Verspannungen im Schnec kengetriebe, was sich in einem schlechten Ansprechverhalten äußert. Wird das Spiel zwischen Schneckenwelle und Schnec kenrad zu groß gewählt, kommt es bei einem Drehrichtungs wechsel am Lenkhandrad zu einem Wechsel der Anlagefläche der Zahnflanken. Dieser Wechsel der Anlagefläche wird vom Fahrer als Klopfgeräusch wahrgenommen und als störend emp funden. Mit zunehmendem Getriebespiel nimmt auch das Ge räusch zu. Durch eine geeignete Auswahl der Werkstoffkombi nation zwischen Schneckenwelle und Schneckenrad können die se Geräusche zwar gedämpft, aber nicht beseitigt werden. Durch eine elastische Lagerung eines der Bauteile können die Geräusche ebenfalls gedämpft werden.When using a worm gear as power transmission supporting mechanism of an electric power steering system, in order to be able to guarantee error-free operation, a sufficient play between the worm shaft and the Worm wheel can be set. If this game is too ge ring is set, so there is tension in the Schnec gearbox, resulting in poor responsiveness expresses. Will the game between worm shaft and Schnec If the gear is too large, the direction of rotation will occur change on the steering handwheel to change the contact surface the tooth flanks. This change of the investment area is from Driver perceived as knocking noise and disturbing find. As gear play increases, so does Ge rush to. Through a suitable selection of the material combination nation between worm shaft and worm wheel can This noise is dampened but not eliminated. By elastic support of one of the components the noises are also dampened.
Wird das Getriebespiel sehr gering eingestellt, um die Klopfgeräusche zu eliminieren, muß ein sehr hoher Ferti gungs- und Montageaufwand betrieben werden.If the gear backlash is set very low to the Eliminating knocking noises must be very high operating and assembly work.
In der DE 198 22 478 A1 wird eine elektrische Servo lenkvorrichtung vorgeschlagen, bei der elastische Elemente in einem Schneckengetriebe so angeordnet sind, daß beim Kontakt der Zahnoberflächen der Getriebeteile diese elasti schen Elemente verformt werden, so daß die Kollision zwi schen den Zahnoberflächen abgeschwächt werden kann, um da durch das Aufprallgeräusch der Zahnoberflächen zu reduzie ren.DE 198 22 478 A1 describes an electric servo Steering device proposed in the case of elastic elements are arranged in a worm gear so that when Contact of the tooth surfaces of the gear parts this elasti elements are deformed so that the collision between between the tooth surfaces can be weakened to to reduce the impact of the tooth surfaces ren.
Nachteilig wirkt sich bei dem Stand der Technik, wie er in der DE 198 22 478 A1 offenbart ist, die Tatsache aus, daß zusätzliche Elemente in dem Schneckengetriebe inte griert werden müssen, was einen erhöhten Montage- und Ko stenaufwand bedeutet. Weiterhin nachteilig ist die unzurei chende Dauerbeständigkeit der elastischen Elemente, sodaß das Aufprallgeräusch nach Versprödung und Alterung der ela stischen Elemente wieder auftreten kann.The disadvantage of the prior art is how he is disclosed in DE 198 22 478 A1, the fact that additional elements in the worm gear inte need to be grated, which increases assembly and knockout most effort means. The drawback is still disadvantageous The permanent durability of the elastic elements, so that the impact noise after embrittlement and aging of the ela elements can reappear.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge dar zustellen, bei der die durch Spiel im Schneckengetriebe entstehenden Geräusche eliminiert werden, ohne daß zusätz liche Bauteile verwendet werden müssen.The present invention is based on the object represents an electric power steering system for motor vehicles to deliver, in which by play in the worm gear resulting noise can be eliminated without additional Liche components must be used.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisende, gattungsgemäße elektrische Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge gelöst.The object underlying the invention is achieved by one, also the characteristic features of the main claim having generic electric power steering solved for motor vehicles.
Durch eine leichte radiale Vorspannung zwischen Schneckenwelle und Schneckenrad wird das Spiel im Schnec kengetriebe eliminiert.With a slight radial preload between The worm shaft and worm wheel become the game in snail gearbox eliminated.
Bei der Auslegung der radialen Vorspannung müssen Vorspann weg und Vorspannkraft so aufeinander abgestimmt sein, daß die entstehenden Reibungskräfte nicht zu einem Verklemmen des Schneckengetriebes führen.When designing the radial preload, preload way and preload must be coordinated so that the resulting frictional forces do not jam of the worm gear.
Durch Anpassung von Federlänge und Durchmesser der als Bie gebalken ausgebildeten Schneckenwelle kann die Steifigkeit und damit die Funktionsfähigkeit des Schneckengetriebes variiert werden.By adjusting the spring length and diameter of the bie beamed worm shaft can reduce rigidity and thus the functionality of the worm gear can be varied.
Die Schneckenwelle kann auch zweiteilig ausgeführt werden, wobei ein Teil die Funktion des Biegebalkens übernimmt und das andere Teil zur Begrenzung des Federweges dient. Durch entsprechende Dimensionierung und Materialauswahl von in nenliegendem und außenliegendem Schneckenwellenteil kann die Charakteristik bestimmt werden, die die federnde Schneckenwelle unter Last darstellt.The worm shaft can also be made in two parts, where a part takes over the function of the bending beam and the other part is used to limit the spring travel. By appropriate dimensioning and material selection from in internal and external worm shaft part can the characteristic can be determined which the resilient Represents worm shaft under load.
Zur Aufnahme von Verzahnungskräften wird entweder die Schneckenwelle oder ein Antriebsritzel in einem, einen Freiheitsgrad aufweisenden, einstellbaren Lager aufgenom men.Either the Worm shaft or drive pinion in one, one Adjustable bearing with degree of freedom men.
Die als Biegebalken ausgeführte Schneckenwelle ist zusätz lich in der Lage als Torsionsfeder zu wirken, und Kräfte, die bei einem plötzlichen Anhalten des Elektromotors, zum Beispiel wenn an einen mechanischen Anschlag gelenkt wird, abzuschwächen, und so die auftretende Stoßbelastung zu re duzieren.The worm shaft designed as a bending beam is additional able to act as a torsion spring, and forces if the electric motor suddenly stops, to For example, if you steer to a mechanical stop, weaken, and so the occurring shock load to re reduce.
Die radiale Vorspannung der als Biegebalken ausgeführten Schneckenwelle kann dadurch erfolgen, daß in einem Gehäuse eine Nut vorgesehen ist, in dem die Schneckenwelle einge hängt und dadurch vorgespannt wird. Durch eine zusätzliche Federbelastung kann die Vorspannung noch verstärkt werden. In einer erweiterten Funktionsvariante erfolgt die radiale Vorspannung durch eine federbelastetes Druckstück, das über eine Stellschraube in dem Gehäuse gesichert ist.The radial preload of those designed as bending beams Worm shaft can be done in that in a housing a groove is provided in which the worm shaft is turned on hangs and is thereby biased. With an additional The preload can be increased even further under spring loads. In an extended function variant, the radial one takes place Biasing by a spring-loaded thrust piece that over a set screw is secured in the housing.
Nachfolgend sind anhand der Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung prinzipge mäß beschrieben.Below are various based on the drawings Embodiments of the present invention in principle as described.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer elek trisch unterstützten Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge mit einer durch ein Gehäuse vorgespannten Schneckenwelle und Fig. 1 shows a first embodiment of an electrically assisted power steering system for motor vehicles with a worm shaft biased by a housing and
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer elek trisch unterstützten Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge mit einer durch ein federbe lastetes Druckstück vorgespannten Schnecken welle. Fig. 2 shows a second embodiment of an elec trically assisted power steering system for motor vehicles with a screw biased by a spring-loaded thrust shaft.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße, elektrisch unter stützten Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge, die ein Ge häuse 1 aufweist, in dem ein elektrischen Antriebsmotor 2 in Lagern 3 und 4 gelagert ist. Das Gehäuse 1 kann ein- oder mehrteilig ausgeführt sein. Bei einer mehrteiligen Ausführung sind die einzelnen Gehäuseteile über Zuganker miteinander verbunden. Eine Schnecke 5 ist mit einer An triebswelle 6 des elektrischen Antriebsmotors 2 drehfest verbunden. Die Antriebswelle 6 treibt ein Schneckenrad 7 an, das in hier nicht dargestellter Weise mit einem An triebsritzel einer Hilfskraftlenkung in Wirkverbindung steht. Fig. 1 shows an inventive, electrically assisted power steering for motor vehicles, which has a Ge housing 1 , in which an electric drive motor 2 is mounted in bearings 3 and 4 . The housing 1 can be made in one or more parts. In the case of a multi-part design, the individual housing parts are connected to one another via tie rods. A screw 5 is rotatably connected to a drive shaft 6 of the electric drive motor 2 . The drive shaft 6 drives a worm wheel 7 which, in a manner not shown here, is operatively connected to a drive pinion of an auxiliary power steering.
Die Antriebswelle 6 des elektrischen Antriebsmotors 2 ist zweiteilig ausgeführt. Ein äußeres Wellenteil 8 dient zur Begrenzung des Federweges und ein inneres Wellenteil 9 dient zur Festlegung der Steifigkeit des Systems. Das inne re Wellenteil 9 ist drehfest mit der Schnecke 5 verbunden. Die Antriebswelle 6 wirkt als Biege- und Torsionsfeder, da sie auftretende Verzahnungskräfte und Drehmomente aufnehmen kann.The drive shaft 6 of the electric drive motor 2 is made in two parts. An outer shaft part 8 serves to limit the spring travel and an inner shaft part 9 serves to determine the rigidity of the system. The inner re shaft part 9 is rotatably connected to the screw 5 . The drive shaft 6 acts as a bending and torsion spring, since it can absorb toothing forces and torques that occur.
Zur Einstellung einer radialen Vorspannung wird die An triebswelle 6 in dem Gehäuse 1 so gelagert, daß sie nur noch einen Freiheitsgrad aufweist. In dem in Fig. 1 darge stellten Ausführungsbeispiel ist hierfür eine Nut 10 in dem Gehäuse 1 vorgesehen. Ebenso könnte jedoch auch ein Pendel lager verwendet werden. To set a radial bias, the drive shaft 6 is mounted in the housing 1 so that it only has one degree of freedom. In the embodiment shown in FIG. 1, a groove 10 is provided in the housing 1 for this purpose. However, a spherical bearing could also be used.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge. Hierbei wird die radiale Vorspannung der Antriebswelle 6 dadurch bewerkstelligt, daß die mit dem inneren Wellen teil 9 drehfest verbundene Schnecke 5 durch ein mit einer Feder 11 belastetes Druckstück 12 über ein Zwischenstück 13 verbunden ist. Über die Dimensionierung und Werkstoffaus wahl der Feder 11 kann die Vorspannung variiert werden. Fig. 2 shows another embodiment of a power steering for motor vehicles according to the invention. Here, the radial prestressing of the drive shaft 6 is accomplished in that the worm 5 , which is connected to the inner shaft 9 in a rotationally fixed manner, is connected by a pressure piece 12 loaded with a spring 11 via an intermediate piece 13 . About the dimensioning and material selection of the spring 11 , the bias can be varied.
11
Gehäuse
casing
22nd
elektrischer Antriebsmotor
electric drive motor
33rd
Lager
camp
44th
Lager
camp
55
Schnecke
slug
66
Antriebswelle
drive shaft
77
Schneckenrad
Worm wheel
88th
äußeres Wellenteil
outer shaft part
99
inneres Wellenteil
inner shaft part
1010th
Nut
Groove
1111
Feder
feather
1212th
Druckstück
Pressure piece
1313
Zwischenstück
Spacer
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