DE3219176C2 - Rack and pinion steering for motor vehicles - Google Patents
Rack and pinion steering for motor vehiclesInfo
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Abstract
Es wird eine Zahnstangenlenkung beschrieben für Kraftfahrzeuge, bei der die Spurstangen außermittig, das heißt nicht in der Zahnstangenmittelachse, angeschlossen sind. Zwischen der Zahnstange und den Spurstangen liegt ein Spurstangenträger, der sich über ein Zwischenglied am Fahrzeugaufbau oder einem fahrzeugfesten Teil abstützt.A rack and pinion steering system is described for motor vehicles, in which the tie rods are connected off-center, that is, not in the rack center axis. Between the rack and the tie rods there is a tie rod carrier which is supported on the vehicle body or a part fixed to the vehicle via an intermediate link.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a rack and pinion steering for motor vehicles according to the preamble of Main claim.
Bei Zahnstangenlenkungen ist eine mittige Spurstangenanlenkung wünschenswert, das heißt, die Spurstangen greifen in der Mittelachse der Zahnstange an. Dadurch werden Biege- und Torsionsmomente auf die Zahnstange vermieden. Eine solche mittige Anlenkung läßt sich jedoch wegen Platzgründen und Forderungen, die sich aus der Auslegung der Fahrzeuglenkung ergeben, nicht immer verwirklichen.In the case of rack and pinion steering, there is a central tie rod linkage desirable, that is, the tie rods engage in the central axis of the rack. Through this bending and torsional moments on the rack are avoided. Such a central linkage However, due to lack of space and requirements resulting from the design of the vehicle steering, not always realize.
Die DE-OS 15 55 696 zeigt eine außermittige Anlenkung der Spurstangen. Durch diese Bauart wird in die Zahnstange ein Torsicnsmoment eingeleitet, welches den Zahneingriff des Antriebritzels ungünstig belasteL Eine mögliche Klemmwirkung und Schwergängigkeit sind die Folge; das Lenkgefühl wird dadurch nachteilig beeinflußt. Der Abstand Spurstangengelenk — Zahnstangenmittelachse kann aus diesem Grund nur in engen Grenzen gehalten werden.DE-OS 15 55 696 shows an eccentric linkage the tie rods. With this design, a torsional moment is introduced into the rack, which Put an unfavorable load on the meshing of the drive pinion A possible clamping effect and sluggishness are the consequence; the steering feel is adversely affected. The distance between the tie rod joint and the center axis of the rack for this reason can only be kept within narrow limits.
Aus der DE-OS 19 33 404 geht eine Zahnstangenlenkung hervor, bei der parallel zur Zahnstange eine zweite Stange im Lenkgehäuse geführt ist. Diese zweite Stange ist mit der Zahnstange verbunden und an ihren Enden greifen die Spurstangen an. Der Nachteil dieser Ausführung ist der hohe Bauaufwand, die komplizierte Form des Lenkgehäuses sowie die zusätzlichen Gleitlagerstellen für die zweite Stange. Die Lagerbasis dieser Lagerung ist gering, so daß hier hohe Lagerkräfte auftreten, die wiederum eine hohe Lagerreibung zur Folge haben. Außerdem kann auch hier wegen der Führung der zweiten Stange im Lenkgehäuse der Abstand zwischen den Spurstangengelenken und der Zahnstangenmittelachse nicht beliebig groß gewählt werden.From DE-OS 19 33 404 a rack and pinion steering is shown in which a second parallel to the rack Rod is guided in the steering housing. This second rod is connected to the rack and at its ends attack the tie rods. The disadvantage of this design is the high construction costs and the complicated shape of the steering box as well as the additional slide bearing points for the second rod. The warehouse base of this storage is low, so that high bearing forces occur here, which in turn result in high bearing friction. In addition, because of the guidance of the second rod in the steering housing, the distance between the Tie rod joints and the rack center axis cannot be chosen arbitrarily large.
Eine gattungsgemäße Zahnstangenlenkung läßt sich aus der GB-PS 4 84 215 entnehmen. Hier ist als Spurstangenträger ein Hebel vorgesehen, der an einem Ende der Zahnstange gelenkig angeschlossen ist. Außerdem ist der Spurstangenträger drehbar am Fahrzeugaufbau gehalten. Diese vorbekannte Zahnstangenlenkung ist ohne weitere konstruktive Maßnahmen nicht brauchbar, denn der Anlenkpunkt des Hebels an der Zahnstange ist sowohl einer Kreis- als auch einer translatorischen Bewegung unterworfen. Die Kreisbewegung resultiert aus der drehbaren Lagerung des Hebels, die translatorische Bewegung ergibt sich durch das Verschieben der Zahnstange.A rack and pinion steering system of this type can be found in GB-PS 4 84 215. Here, a lever is provided as a tie rod carrier, which at one end the rack is articulated. In addition, the tie rod carrier can be rotated on the vehicle body held. This previously known rack and pinion steering cannot be used without further structural measures, because the pivot point of the lever on the rack is both circular and translational Subject to movement. The circular movement results from the rotatable mounting of the lever, the translatory one Movement results from moving the rack.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Zahnstangenlenkung so weiterzuentwickeln, daß trotz außermittiger Anlenkung der Spurstangen die Zahnstange selbst weitgehend frei von Kräften und Momenten bleibt, die normalerweise über die Spurstangen auf sie eingeleitet werden. Außerdem soll sich die so weiterentwickelte Zahnstangenlenkung auch bei schwierigen Einbauverhältnissen verwenden lassen.The object of the invention is to further develop a generic rack and pinion steering system that despite eccentric articulation of the tie rods, the rack itself is largely free of forces and moments remains, which are normally initiated on them via the tie rods. In addition, the so developed Rack and pinion steering can also be used in difficult installation conditions.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention with the features of the main claim. More beneficial Refinements of the invention emerge from the subclaims.
Durch ihre Verbindung mit dem Spurstangenträger werden Momente, die durch die außermittige Anlenkung der Spurstangen hervorgerufen werden, von der Zahnstange weitgehend ferngehalten. Die Biegemomente nimmt der biegesteife Spurstangenträger selbst auf, die Drehmomente nimmt das Zwischenglied auf. Durch die außermittige Krafteinleitung treten auch Momente auf, die auf die Lagerung der Zahnstange im Lenkgehäuse wirken. Diese Momente lassen sich vermindern, indem die Spurstangen so am Spurstangenträger angelenkt sind, daß sich bei Geradeausstellung der Fahrzeugräder die verlängerten Spurstangenachsen in einem Punkt schneiden, der in bezug auf die Gelenkpunkte in Richtung zur Zahnstangenmittelachse hin ver-Due to its connection with the tie rod carrier, moments are generated by the eccentric linkage caused by the tie rods, largely kept away from the rack. The bending moments the rigid tie rod carrier itself absorbs the torque, the intermediate link absorbs the torque. Due to the eccentric introduction of force, moments also occur which have an impact on the storage of the rack in the Acting steering housing. These moments can be reduced by attaching the tie rods to the tie rod carrier are articulated that in the straight ahead position of the vehicle wheels the extended tie rod axes in intersect a point which, with respect to the hinge points, is in the direction of the rack center axis
lagert ist. Im Idealfall sollte dieser Schnittpunkt auf der Zahnstangenmittelachse liegen. Dies läßt sich jedoch aufgrund der oftmals schwierigen Platzverhältnisse nicht immer verwirklichen. Vorteilhaft ist es, wenn die Ebene, in der das entstehende Kippmoment wirkt, in etwa parallel zum Lenkungsritzel liegt, da dann die Biegung nicht auf den durch die Verzahnung geschwächten Querschnitt der Zahnstange kommtis stored. Ideally, this point of intersection should lie on the center axis of the rack. However, this can be done not always possible due to the often difficult space conditions. It is advantageous if the The plane in which the resulting tilting moment acts is roughly parallel to the steering pinion, as the bend is then does not come into contact with the cross-section of the rack, which has been weakened by the toothing
Der Spurstangenträger kann in verschiedenartigen Formen ausgeführt sein. Insbesondere kann er mehr als eine Querstrebe aufweisen oder die Strebe kann gebogen ausgeführt sein, um beispielsweise einem im Wege stehenden Aggregat auszuweichen. Im allgemeinen liegt die Querstrebe zwischen Zahnstangen- und Spurstangenanlenkung. Sollte dies aus Platz- oder anderen Gründen nicht zweckmäßig sein, so kann sie auch jenseits der Zahnstange vorgesehen werden. In diesem Fall müßten allerdings die Schenkel über ihre Enden, die mit der Zahnstange verbunden sind, hinaus verlängert sein. Ebensowenig ist die Lage des Spurstangenträgers im Fahrzeug festgelegt. Er kann je nach Erfordernis parallel zur Fahrbahnebene oder geneigt zu die -.;r liegen. Wenn es die Platzverhältnisse zulassen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Spurstangenträger H-förmig auszulegen.The tie rod carrier can be of various types Forms to be executed. In particular, it can have more than one cross strut or the strut can be curved be designed to avoid a unit standing in the way, for example. In general the cross strut lies between the rack and tie rod linkage. Should this be out of space or another For reasons not to be useful, it can also be provided on the other side of the rack. In this case however, the legs would have to be extended beyond their ends which are connected to the rack. The position of the tie rod carrier in the vehicle is also not fixed. Depending on the requirements, it can be run in parallel to the road surface or inclined to the - .; r. If space permits, it has turned out to be proved to be advantageous to design the tie rod carrier in an H-shape.
Das Zwischenglied kann mit dem Spurstangenträger starr verbunden sein, es kann aber auch gelenkig an ihm gelagert sein. Im ersten Fall ist es vorteilhaft, wenn sich ein Schenkel des Spurstangenträgers über sein mit der Zahnstange verbundenes Ende hinaus erstreckt und mit diesem Teil das Zwischenglied bildet. Das Zwischenglied kann durch eine Gleitlagerung am Fahrzeugaufbau oder einem fahrzeugfesten Teil aufgenommen sein. Eine solche Gleitlagerung stellt auch ein Lenkungsdämpfer dar, der aus einem Zylinder und einem darin verschiebbaren Kolben aufgebaut ist. In einer besonderen Ausgestaltung ist vorgesehen, den Lenkungsdämpfer am Lenkgehäuse festzulegen, das wiederum fest mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist.The intermediate link can be rigidly connected to the tie rod carrier, but it can also be articulated on it be stored. In the first case, it is advantageous if one leg of the tie rod carrier is over his with the Rack connected end extends out and forms the intermediate member with this part. The intermediate link can be accommodated by a plain bearing on the vehicle body or a part fixed to the vehicle. Such a plain bearing is also a steering damper, which consists of a cylinder and a cylinder sliding piston is constructed. In a special embodiment, the steering damper is provided to set on the steering housing, which in turn is firmly connected to the vehicle body.
Bei einer gelenkigen Anordnung des Zwischengliedes am Spurstangenträger wird es in vorteilhafter Weise als Pendelstütze ausgelegt. Dabei können mehrere Pendelstützen verwendet werden. Weist der Spurstangenträger eine Η-Form auf, ist es besonders vorteilhaft, wenn an jedem seiner beiden Schenkel eine Pendelstütze vorgesehen is;, und zwar an den Enden, an denen die Spurstangen angeschlossen sind. Dadurch werden die auftretenden Momente unmittelbar aufgenommen. Die Pendelstützen sind in der Regel etwa senkrecht zu der Ebene angeordnet.die duich den Spurstangenträger gebildet wird. Sie können aber auch stärker geneigt zu dieser Ebeiie liegen. Auch können sie schräg zueinander verlaufen. In diesem Fall allerdings verwindet sich der Spurstangeniräger bei Lenkbewegungen. Es ist daher notwendig, die Querstrebe torsionselastisch auszulegen.With an articulated arrangement of the intermediate member on the tie rod carrier, it is advantageously as Pendulum support designed. Several pendulum supports can be used for this. Point the tie rod carrier a Η-shape, it is particularly advantageous if a pendulum support is provided on each of its two legs is; at the ends where the tie rods are connected. This will make the occurring moments recorded immediately. The pendulum supports are usually approximately perpendicular to the Level arranged. Which is formed by the tie rod carrier. But you can also be more inclined too these Ebeiie lie. They can also be at an angle to one another get lost. In this case, however, the tie rod support twists during steering movements. It is therefore necessary to design the cross brace to be torsionally elastic.
Der Spurstangenträger kann aus einer Schweiß-, Schraub- oder Nietkonstruktion bestehen. Ebenso kann er aus einem ein- oder mehrteiligen Blechpreßteil aufgebaut sein. Als Werkstoff läßt sich auch faserverstärkter Kunststoff verwenden, dabei können bei einer reinen Kunststoffbauweise Gelenke und/oder Pendelstütze samt Spurstangenträger aus einem Teil bestehen. Gezielte Elastizitäten in unterschiedlichen Lastebenen werden durch eine geeignet gerichtete Faseranordnung des Kunststoffteils erreicht. Schließlich kann auch eine Stahl-Kunststoff-Mischbauweise gewählt werden. Ebenso ist eine Schmied:- oder Gußkonstruktion mög-The tie rod carrier can consist of a welded, screwed or riveted construction. Likewise can it can be constructed from a one-part or multi-part pressed sheet metal part. Fiber-reinforced can also be used as a material Use plastic, with a purely plastic construction, joints and / or pendulum supports can be used including tie rod carrier consist of one part. Targeted elasticities in different load levels are achieved by a suitably directed fiber arrangement of the plastic part. Finally, a Mixed steel-plastic construction can be selected. A blacksmith is also: - or cast construction possible-
Durch die erfindungsgemaße Zahnstangenlenkung ergibt sich ein großer Gestaltungsfreiraum für die Auslegung der Lenkung. Die Lage der Spurstangen und der mit dem Fahrzeugrad verbundenen Spurhebel lassen sich so wählen, daß eine gute Annäherung an die Ackermannfunktion stattfindet. Die Strecklagen der Spurstangen lassen sich optimieren und ihre Kröpfung in erträglichen Grenzen halten. Die Spurstangenlänge ist unabhängig von der Zahnstangenlänge. Es kann dadurch dieThe rack and pinion steering according to the invention results in a great deal of creative freedom for the design the steering. Leave the position of the tie rods and the track levers connected to the vehicle wheel choose oneself in such a way that a good approximation of the Ackermann function takes place. The extended positions of the tie rods can be optimized and their cranking can be kept within tolerable limits. The tie rod length is independent of the rack length. It can thereby
ίο Krümmung der Vorspurkurve und ihre Steuertendenz in gewünschter Weise ausgeführt werden. Die Länge der Spurhebel läßt sich vergrößern. Das Momentanzentrum kann höher gewählt werden. Durch die verhältnismäßig freie Wahl der Lage des Spurhebels läßt sich die Einpreßtiefe der Radschüsseln verringern; ebenso können in den Fahrzeugrädern größere Bremsscheiben untergebracht werden. Die Raddrehachse ist ebenfalls unabhängig von der erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkung. Außerdem läßt sich das Lenkgetriebe so anordnen, daß die Beugewinkel der Lenk.c?ule nicht zu groß werden. Ferner läßt sich am Spur« λngenträger jede Gelenkbauart ohne Nachteil anschließen.ίο The curvature of the toe-in curve and its control tendency can be carried out in the desired manner. The length of the track lever can be increased. The moment center can be chosen higher. Due to the relatively free choice of the position of the track lever, the press-in depth of the wheel disks can be reduced; larger brake disks can also be accommodated in the vehicle wheels. The wheel rotation axis is also independent of the rack and pinion steering according to the invention. In addition, the steering gear can be arranged so that the bending angle of the steering. c ? ule not get too big. Furthermore, any type of joint can be attached to the track carrier without any disadvantage.
Neben diesen Vorteilen, die selbstverständlich wegen ihrer teilweisen Abhängigkeit untereinander nicht alle zusammen verwirklicht werden können, läßt sich die erfindungsgemäße Zahnstangenlenkung überall dort anwenden, wo wegen anderer Aggregate, wie zum Beispiel Motor, Ölwanne, Getriebe usw., ungünstige Platzverhältnisse herrschen. Es ist deshalb auch die Möglichkeit gegeben, daß die Vorderachse von Fahrzeugen, die wahlweise front- oder heckgetrieben werden sollen, weitgehend baugleich gestaltet werden kann.In addition to these advantages, not all of which are of course due to their partial interdependence can be realized together, the rack and pinion steering according to the invention can be used anywhere Use where space is unfavorable due to other units, such as engine, oil pan, gearbox, etc. to rule. It is therefore also possible that the front axle of vehicles that to be optionally front or rear-wheel drive, can be designed largely identically.
Aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung lassen sich zwei vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung entnehmen. In der Zeichnung ist dargestellt inTwo advantageous exemplary embodiments can be derived from the following description and the drawing inferred from the invention. In the drawing it is shown in
— Fig. 1 eine erfindungsgemäße Zahnstangenlenkung mit außermittiger Spurstangenanlenkung und — F i g. 2 eine zweite Ausführungsform einer solchen Zahnstangenlenkung.- Fig. 1 shows a rack and pinion steering according to the invention with eccentric tie rod articulation and - F i g. 2 shows a second embodiment of such a rack and pinion steering system.
Die in Fig. 1 dargestellte Zahnstangen'enkung für Kraftfahrzeuge weist ein quer zur Fahrtrichtung liegendes Lenkgehäuse 1 auf, in dem eine Zahnstange 2 verschiebbar gehalten ist; die Fahrtrichtung zeigt der Pfeil 16. Außerdem ist am Lenkgehäuse 1 ein Anschluß 3 vorgesehen für eine nicht näher dargestellte Lenksäule, die wiederum das Lenkrad trägt. An einem Träger 4, der einen Teil des Fahrzeugaufbaus darstellt, ist das Lenkgehäuse 1 befestigt.The rack and pinion steering illustrated in FIG. 1 for motor vehicles has a toothed rack that is transverse to the direction of travel Steering housing 1, in which a rack 2 is displaceable is held; the direction of travel is shown by arrow 16. In addition, there is a connection 3 on the steering housing 1 provided for a steering column, not shown, which in turn carries the steering wheel. On a carrier 4, the represents a part of the vehicle body, the steering box 1 is attached.
Ein Spurstangenträger 5 in Form eines H weist zwoi biegesteife Schenkel 5a, 5b auf, die mit einer Querstrebe 5c einen biegesteifen Verband bilden. Die einen Enden der Schenkel 5a, 5b sind über Drehlager mi; den Er.dabschnitten der Zahnstange 2 verbunden. An den anderen Enden der Schenkel 5a, 5b ist jeweils eine Spurstange 6 und 7 über Gelenke (= Spurstangengelenke) 8 angeschlossen. Die Gelenke 8 werden üblicherweise als dieA tie rod carrier 5 in the form of an H has two rigid legs 5a, 5b which form a rigid association with a cross strut 5c. The one ends of the legs 5a, 5b are via pivot bearings mi; connected to the Er.d sections of the rack 2. A tie rod 6 and 7 is connected to the other ends of the legs 5a, 5b via joints (= tie rod joints) 8. The joints 8 are commonly called the
bo inneren Spurstangengelenke bezeichnet. Die Enden der Schenkel 5n, 5b verlängern sich zu Lagerzapfen 9<i, 96, an denen über Drehlager Pendelstützen 10, 11 sitzen. Die Pendelstützen 10, 1! wiederum stützen sich über Lager 12 gelenkig um Fahrzeugaufbau oder an einembo inner tie rod joints called. The ends of the legs 5n, 5b extend to form bearing journals 9 <i, 96 on which pendulum supports 10, 11 are seated via pivot bearings. The pendulum supports 10, 1! in turn are supported by bearings 12 in an articulated manner around the vehicle body or on one
»)"i Uihrzeugfesten Teil ab. F i g. 1 zeigt nur für die Pendelstütze Il eine solche Abstützung. Der Spurstangenträger 5 ist so angeordnet, daß seine Querstrebe 5c etwa Dut'iille! /ur Zahnstange 2 verläuft.»)" I the part fixed to the watch. Fig. 1 shows only for the pendulum support Il such a support. The tie rod carrier 5 is arranged so that its cross strut 5c about Dut'iille! / ur rack 2 runs.
In F i g. 2 ersetzt ein Stüizarir. 13 die Pendelstützcn 10, 11 nach Fig. I. Der Stützarm 13 ist einstückig an einem Spurstangenträger 14, bestehend aus Schenkeln 14a, 146 und einer Querstrebe 14c, ausgebildet, indem sein biegesieifer Schenkel 14£> über sein mit der Zahn- > Stange 2 verbundenes Ende hinaus verlängert ist. An seinem freien Ende nimmt der Stützarm 13 gelenkig die Kolbenstange eines Lenkungsdämpfers 15 auf. Der Lenkungsdämpfer 15 selbst besteht aus einem Zylindergehäuse und einem darin verschiebbaren Kolben. Er liegt io etwa parallel zum Lenkgehäuse 1 und ist am Fahrzeugaufbau befestigt. Der Stützarm 13 nimmt ähnlich den Pendelstützen 10, 11 über den Lenkungsdämpfer 15 die Drehmomente auf. die von den über die Spurstangen eingeleiteten Kräften verursacht werden. Die Zahnstan- ι -, ge 2 wird daher nicht auf Torsion beansprucht.In Fig. 2 replaces a stüizarir. 13 the pendulum supports 10, 11 according to FIG. I. The support arm 13 is in one piece a tie rod carrier 14, consisting of legs 14a, 146 and a cross strut 14c, formed by his rigid leg 14 pounds> over his with the tooth-> Rod 2 connected end is extended addition. At its free end, the support arm 13 is articulated Piston rod of a steering damper 15. The steering damper 15 itself consists of a cylinder housing and a piston displaceable therein. It is approximately parallel to the steering housing 1 and is on the vehicle body attached. The support arm 13 takes similar to the pendulum supports 10, 11 via the steering damper 15 Torques on. caused by the forces introduced via the tie rods. The tooth rack ι -, ge 2 is therefore not subject to torsion.
Der Stützarm 13 ist in F i g. 2 als eine gerade Verlängerung des Schenkels 146 dargestellt. Er kann aber auchThe support arm 13 is shown in FIG. 2 shown as a straight extension of the leg 146. But he can also
ger 14 befestigt sein. >oger 14 be attached. > o
In F i g. 2 sind die Spurstangen 6, 7 nicht rechtwinklig an der. Spurstangenträger 14 angeschlossen, sondern sind etwas von ihm weggeneigt. Diese Lage stellt sich ein. wenn die Fahrzeugräder in Geradeausstellung stehen. Die verlängerten Spurstangenachsen schneiden sich in einem Punkt, der in bezug auf die Spurstangengelenke 8 in Richtung zur Zahnstange 2 verlagert ist. Dadurch werden die auf die Zahnstangenlagerung im Lenkgehäuse 1 wirkenden Momente verkleinert.In Fig. 2 the tie rods 6, 7 are not at right angles at the. Tie rod carrier 14 connected, but are slightly inclined away from him. This situation arises a. when the vehicle wheels are in the straight ahead position. Cut the extended tie rod axles at a point which is displaced with respect to the tie rod joints 8 in the direction of the rack 2. Through this the moments acting on the rack bearings in the steering housing 1 are reduced.
3030th
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
3535
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Claims (7)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |