DE60003487T2

DE60003487T2 - Anordnung zum Drehen lenkbarer Fahrzeugräder

Info

Publication number: DE60003487T2
Application number: DE60003487T
Authority: DE
Inventors: Daniel B. Shelby Township Gierc; Robert E. Sterling Heights Feindel
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: ZF Active Safety and Electronics US LLC
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: JP3280656B2; JP2000313342A; ES2204384T3; DE60003487D1; KR100345993B1; US6247375B1; EP1046569B1; KR20000071514A; EP1046569A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Drehen lenkbarer Fahrzeugräder und ist sich im Speziellen auf ein Zahnstangen- und Ritzellenkgetriebe zum Drehen lenkbarer Fahrzeugräder gerichtet.
Hintergrund der Erfindung
Ein bekanntes Zahnstangen- und Ritzellenkgetriebe zum Gebrauch beim Drehen lenkbarer Räder eines Fahrzeugs, umfasst ein Ritzel, das in einem Gehäuse angeordnet ist und betriebsmäßig mit einem Fahrzeuglenkrad gekoppelt ist. Eine sich quer erstreckende Zahnstange ist ebenfalls in dem Gehäuse angeordnet und steht in Zahneingriff mit dem Ritzel. Drehung des Ritzels erzeugt Linearbewegung der Zahnstange, was bewirkt, dass sich die lenkbaren Räder lateral zu dem Fahrzeug drehen.
In dem bekannten Zahnstangen- und Ritzelgetriebezahnrad drückt ein Joch die Zahnstange in Eingriff mit dem Ritzel. Das Joch ist in dem Gehäuse durch einen Jochstopfen befestigt, der sich in das Gehäuse über ein nach außen weisendes Ende des Jochs schraubt. Eine schraubenförmige Feder ist zwischen dem Jochstopfen und dem Joch angeordnet, um festen Zahneingriff zwischen den Zähnen auf der Zahnstange und den Zähnen auf dem Ritzel sicherzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung zum Drehen lenkbarer Räder eines Fahrzeugs beim Drehen eines Fahrzeuglenkrads. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse auf, das eine Kammer besitzt, eine Zahnstange, die in entgegengesetzte Richtungen in der Kammer bewegbar ist, um das Drehen der lenkbaren Räder in entgegengesetzte Richtungen zu bewirken, ein Ritzel, das in Eingriff mit der Zahnstange steht, und ein Joch, das teilweise in dem Gehäuse angeordnet ist und die Zahnstange für Gleitbewegung relativ zu dem Joch trägt. Das Joch weist einen gegossenen Plastikkörper mit einer Aus nehmung auf und eine Plattenfeder, die in der Ausnehmung gelegen ist. Die Plattenfeder besitzt eine Oberfläche, die in Eingriff mit der Zahnstange steht und die Zahnstange in Eingriff mit dem Ritzel vorspannt. Die Plattenfeder trägt die Zahnstange für Gleitbewegung relativ zu der Plattenfeder.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorangegangenen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachleuten des Gebietes, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, beim Lesen der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlich werden, wobei zeigt:
1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Drehen lenkbarer Fahrzeugräder, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Schnittansicht entlang Linie 2-2 in 1; 3 eine Schnittansicht entlang Linie 3-3 in 2; 4 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der 3;
5 eine perspektivische Ansicht einer Komponente der Vorrichtung der 1-4; und
6 eine perspektivische Explosionsansicht der in 5 gezeigten Komponente.
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung 10 (1 und 2) zum Drehen lenkbarer Fahrzeugräder (nicht gezeigt) und bezieht sich im Speziellen auf ein Zahnstangen- und Ritzelgetriebezahnrad 12 zum Gebrauch beim Drehen der lenkbaren Fahrzeugräder. Das Zahnstangen- und Ritzelgetriebezahnrad 12 umfasst ein Gehäuse 14, eine Zahnstange 16, ein Ritzel 18 und ein Joch 20.
Das Gehäuse 14 besitzt einen im Allgemeinen zylindrischen Ritzelteil 22, zentriert auf einer ersten Achse 24 und einen im Allgemeinen zylindrischen Zahnstangenteil 26, zentriert auf einer zweiten Achse 28 (3), die sich quer zu der ersten Achse erstreckt. Der Ritzelteil 22 umfasst eine Innenoberfläche 30, die eine Ritzelkammer 32 in dem Gehäuse 14 definiert. Der Zahnstangenteil 26 umfasst eine sich radial erstreckende Endoberfläche 34 (2) und eine Innenoberfläche 36. Die Innenoberfläche 36 ist auf der zweiten Achse 28 zentriert und definiert eine Zahnstangenkammer 38 in dem Gehäuse 14. Die Zahnstangenkammer 38 und die Ritzelkammer 32 schneiden einander in einem Verbindungsabschnitt 40 des Gehäuses 14.
Das Ritzel 18 ist in der Ritzelkammer 32 in dem Ritzelteil 22 des Gehäuses 14 angeordnet und ist um die erste Achse 24 drehbar. Das Ritzel 18 ist betriebsmäßig mit einem Fahrzeuglenkrad (nicht gezeigt), wie in der Technik bekannt, verbunden. Das Ritzel 18 besitzt eine Außenoberfläche 42, die Zähne 44 (3) umfasst, die sich in einem schraubenförmigen Muster erstrecken.
Die Zahnstange 16 ist teilweise in der Zahnstangenkammer 38 (2) angeordnet in dem Zahnstangenteil 26 des Gehäuses 14. Entgegengesetzte Enden (nicht gezeigt) der Zahnstange 16 ragen über das Gehäuse 14 heraus und sind angepasst, um mit den lenkbaren Fahrzeugrädern (nicht gezeigt), wie in der Technik bekannt, verbunden zu werden. Die Zahnstange 16 ist in entgegengesetzte Richtungen entlang einer Zahnstangenachse 46 bewegbar, um Drehen der lenkbaren Räder in entgegengesetzte Richtungen zu bewirken. Die Zahnstangenachse 46, wie am besten in 4 gesehen, ist von der zweiten Achse 28 versetzt, auf der die Innenoberfläche 36 des Gehäuses 14 zentriert ist. Somit ist die Zahnstange 16 nicht in der Zahnstangenkammer 38 in dem Gehäuse 14 zentriert.
Die Zahnstange 16 besitzt eine im Allgemeinen zylindrische Außenoberfläche 60. Ein Zahnteil 62 (1) der Zahnstange 16 umfasst Zähne 64, die in der Außenoberfläche 60 der Zahnstange gebildet sind. Die Zähne 64 auf der Außenoberfläche 60 des Zahnteils 62 der Zahnstange 16 befinden sich in Eingriff mit den Zähnen 44 auf der Außenoberfläche 42 des Ritzels 18 in dem Verbindungsteil 40 des Gehäuses 14 (siehe 2-4). Diametral entgegenge setzt den Zähnen 64 weist die Außenoberfläche 60 in dem Zahnteil 62 der Zahnstange 16 ein Zylindersegment 66 (4) auf, das einen Radius R1 besitzt.
Das Joch 20 ist aus einem Plastikmaterial hergestellt unter Verwendung eines Spritzformverfahrens. Das Joch 20 besitzt einen nach außen weisenden Teil 70 und einen nach innen weisenden Teil 90, der von dem nach außen weisenden Teil vorragt. Der nach außen weisende Teil 70 umfasst ein zylindrische Innenoberfläche 72 (5) und eine zylindrische Außenoberfläche 74. Erste und zweite Endoberflächen 76 (5) bzw. 78 (6) erstrecken sich radial zwischen der Innenoberfläche 72 und der Außenoberfläche 74. Die erste Endoberfläche 76 umfasst eine umfangsmäßig beabstandete Vielzahl von Hohlräumen 80. Die Hohlräume 80 in dem nach außen weisenden Teil 70 liefern Material- und Gewichtseinsparungen für das Joch 20. Eine Vielzahl von Öffnungen 82 erstreckt sich von der ersten Endoberfläche 76 zu der zweiten Endoberfläche 78. Jede der Öffnungen 82 besitzt eine Anschlussendoberfläche 84 (1), die in dem nach innen weisenden Teil 90 gelegen ist. Die Öffnungen 82 sind zwischen den Hohlräumen 80 beabstandet und angepasst, ein Werkzeug 86 zum Verformen der Endoberfläche 34 des Gehäuses 14 aufzunehmen, wie weiter unten beschrieben.
Der nach innen weisende Teil 90 des Jochs 20 besitzt erste und zweite Abschnitte 92 bzw. 110. Der erste Abschnitt 92 des nach innen weisenden Teils 90 des Jochs 20 besitzt eine zylindrische Außenoberfläche 94, die auf der zweiten Achse 28 zentriert ist, und eine zylindrische Innenoberfläche 96, die auf der Zahnstangenachse 46 (siehe 4) zentriert ist. Der erste Abschnitt 92 des nach innen weisenden Teils 90 weist somit einen exzentrischen Abschnitt auf, der eine ständig variierende radiale Dicke besitzt. Die Außenoberfläche 94 umfasst eine sich umfangsmäßig erstreckende Nut 98 (5), in der ein O-Ring 100 (2) angeordnet ist.
Der zweite Abschnitt 110 des nach innen weisenden Teils 90 des Jochs 20 ragt von einer Endoberfläche 102 des ersten Abschnitts 92 des nach innen weisenden Teils vor. Der zweite Abschnitt 110 des nach innen weisenden Teils 90 weist ein Segment 112 eines Zylinders auf (siehe 5 und 6). Vorzugsweise erstreckt sich das Segment 112 zwischen 90° und 180°. Der zweite Abschnitt 110 des nach innen weisenden Teils 90 besitzt eine Außenoberfläche 114 (4), die ein Teil eines Zylinders ist und die sich kontinuierlich als eine Ausdehnung der Außenoberfläche 94 des ersten Abschnitts 92 erstreckt. Die Außenoberfläche 114 ist auf der zweiten Achse 28 zentriert. Der zweite Abschnitt 110 des nach innen weisenden Teils 90 des Jochs 20 umfasst eine Innenoberfläche 120, die ein Teil eines Zylinders ist. Die Innenoberfläche 120 ist auf der Zahnstangenachse 46 zentriert und erstreckt sich kontinuierlich als eine Ausdehnung der Innenoberfläche 96 des ersten Abschnitts 92. Der zweite Abschnitt 110 des nach innen weisenden Teils 90 umfasst somit ein exzentrischen Abschnitt, der eine kontinuierlich variierende radiale Dicke besitzt.
Der zweite Abschnitt 110 des nach innen weisenden Teils 90 umfasst erste und zweite Abschnittsoberflächen 122 bzw. 124, die sich parallel zu der Zahnstangenachse 46 erstrecken und die die Innenoberfläche 120 mit der Außenoberfläche 114 verbinden. Eine sich radial erstreckende nach innen weisende Endoberfläche 126 (6) verbindet auch die Innen- und Außenoberflächen 120 und 114. Die Innenoberfläche 120 in dem zweiten Abschnitt 110 des nach innen weisenden Teils 90 des Jochs 20 umfasst eine Ausnehmung 130. Die Ausnehmung 130 ist durch vier planare Endoberflächen 132 und eine gebogene Oberfläche 134 definiert. Die gebogene Oberfläche 134 ist um die Zahnstangenachse 46 zentriert und besitzt einen Radius R2 (4).
Eine Plattenfeder 150, die aus beschichtetem Federstahl hergestellt ist, ist in der Ausnehmung 130 in dem nach innen weisenden Teil 90 des Jochs 20 angeordnet. Die Plattenfeder 150 ist ein Zylindersegment, das auf einer Federachse 152 zentriert ist. Die Plattenfeder 150 besitzt eine Innenoberfläche 154 mit einem Radius R3 und eine Außenoberfläche 156 mit einem Radius R4. Der Radius R3 der Innenoberfläche 154 der Plattenfeder 150 ist kleiner als der Radius R1 der Außenoberfläche 60 der Zahnstange 16. Der Radius R4 der Außenoberfläche 156 der Plattenfeder 150 ist kleiner als der Radius R2 der gebogenen Oberfläche 134 in der Ausnehmung 130, wodurch ein Paar radialer Lücken gebildet wird, gezeigt aber nicht nummeriert in 4, zwischen der Plattenfeder und der gebogenen Oberfläche an entgegengesetzten Enden der Plattenfeder.
Das Joch 20 ist in der Vorrichtung 10 befestigt, indem das Joch über ein Ende (nicht gezeigt) der Zahnstange 16 platziert ist und indem das Joch die Zahnstange abwärts auf das Gehäuse 14 zu geschoben wird. Der nach außen weisende Teil 70 des Jochs 20 und der erste Abschnitt 92 des nach innen weisenden Teils 90 umgeben die Zahnstange 16. Der zweite Abschnitt 110 des nach innen weisenden Teils 90 umgibt nur teilweise die Zahnstange 16. Das Joch 20 wird axial in das Gehäuse 14 gepresst. Die ersten und zweiten Abschnitte 92 und 110 des nach innen weisenden Teils 90 des Jochs 20 werden in der Zahnstangenkammer 38 in dem Zahnstangenteil 26 des Gehäuses 14 aufgenommen. Der nach außen weisende Teil 70 des Jochs 20 ist außerhalb des Gehäuses 14 angeordnet. Die zweite Endoberfläche 78 in dem nach außen weisenden Teil 70 stößt an die Endoberfläche 34 des Zahnstangenteils 26 des Gehäuses 14. Die Innenoberfläche 72 des nach außen weisenden Teils 70 ist von der Außenoberfläche 60 der Zahnstange 16 beabstandet.
In der Zahnstangenkammer 38 steht die Außenoberfläche 94 des ersten Abschnitts 92 des nach innen weisenden Teils 90 des Jochs 20 in Eingriff mit der Innenoberfläche 36 in dem Zahnstangenteil 26 des Gehäuses 14 ein. Die Außenoberfläche 114 in dem zweiten Abschnitt 110 des nach innen weisenden Teils 90 steht ebenfalls in Eingriff mit der Innenoberfläche 36 in dem Zahnstangenteil 26 des Gehäuses 14. Der O-Ring 100 in der Außenoberfläche 94 des Jochs 20 sitzt gegen die Innenoberfläche 36 des Gehäuses 14 und dichtet ein Ende der Zahnstangenkammer 38 ab. Die Innenoberflächen 96 und 120 in den ersten und zweiten Abschnitten 92 bzw. 100 des nach innen weisenden Teils 90 sind von der Außenoberfläche 60 der Zahnstange 16 beabstandet. Das Joch 20 wird dann exzentrisch in der Zahnstangenkammer 38 in dem Gehäuse 14 um die Zahnstangenachse 46 zu der in 2-4 gezeigten Position gedreht, wenn die Plattenfeder 150 in dem Joch diametral entgegengesetzt der Zähne 64 auf der Zahnstange 16 angeordnet ist.
Wie in 2-4 gezeigt, stehen entgegengesetzte Endteile 170 und 172 der Innenoberfläche 154 der Plattenfeder 150 in Eingriff mit der Außenoberfläche 60 der Zahnstange 16 und spannen die Zahnstange in Eingriff mit dem Ritzel 18 vor. Weil der Radius R3 der Innenoberfläche 154 der Plattenfeder 150 kleiner als der Radius R1 der Außenoberfläche 60 der Zahnstange 16 ist, ist eine radiale Lücke 174 zwischen der Plattenfeder und der Zahnstange in einer Mittelfläche 176 der Plattenfeder erzeugt. Die Unterschiede zwischen den Radien R1 und R3 der Zahnstange 16 bzw. der Platte 150 helfen, die Plattenfeder gegen die Zahnstange vorzuspannen und stellen somit festen Zahneingriff zwischen den Zähnen 64 auf der Zahnstange und den Zähnen 44 auf dem Ritzel 18 sicher.
Das Joch 120 ist, wie in 2-4 gezeigt, angeordnet und in Position gegenüber axialer Bewegung weg von dem Gehäuse 14 festgelegt. Das Festlegen wird ausgeführt, indem ein Stoßwerkzeug 86 verwendet wird, das in jede der Öffnungen 82 in der Endoberfläche 76 des Jochs 20 einzeln eingeführt wird. Das Stoßwerkzeug 86 wird manuell gestoßen, um einen Teil 180 der Endoberfläche 34 des Gehäuses 14 über der Anschlussendoberfläche 84 von jeder der Öffnungen 82, wie in 1 gezeigt, zu verformen. Das Joch 20 und, im Speziellen, die Plattenfeder 150 werden somit positioniert, um die Zahnstange 16 für relative Gleitbewegung in entgegengesetzte Richtungen zu tragen, um Drehen der lenkbaren Räder zu bewirken.
Die oben beschriebene Vorrichtung 10 sieht ein Joch mit niedriger Reibung vor zum Unterstützen der Linearbewegung der Zahnstange. Die Integrierung der Plattenfeder 150 in das Joch 20 liefert Unterstützung für die Zahnstange 16 über eine große Länge der Zahnstange und verringert die Anzahl der Komponenten, die erforderlich sind, um die Zahnstange in dem Lenkzahnrad 12 zu tragen. Zusätzlich dient die erste Endoberfläche 76 in dem nach außen weisenden Teil 70 des Jochs 20 als ein Zahnstangenanschlag für eine Innenzugstange (nicht gezeigt), verbunden mit einem der lenkbaren Räder.
Aus obiger Beschreibung der Erfindung werden Fachleute Verbesserungen, Veränderungen und Modifikationen entnehmen. Zum Beispiel sollte klar sein, dass die Vorrichtung 10, die oben offenbart wurde, entweder mit einem hydraulisch unterstützten Zahnstangen- und Ritzellenksystem oder einem elektrisch unterstützten Zahnstangen- und Ritzellenksystem verwendet werden könnte. Solche Verbesserungen, Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Fachkönnens sollen durch die angefügten Ansprüche abgedeckt werden.

Claims

Eine Vorrichtung (10) zum Drehen lenkbarer Räder eines Fahrzeugs beim Drehen eines Fahrzeuglenkrads, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: ein Gehäuse (14), das eine Kammer (38) besitzt; eine Zahnstange (16), die in entgegengesetzte Richtungen in der Kammer bewegbar ist, um Drehen der lenkbaren Räder in entgegengesetzten Richtungen zu bewirken; ein Ritzel (18) in Zahneingriff mit der Zahnstange (16); und ein Joch (20), das teilweise in dem Gehäuse (14) angeordnet ist und die Zahnstange für Gleitbewegung relativ zu dem Joch trägt, wobei das Joch Folgendes aufweist: einen gegossenen Plastikkörper, der eine Ausnehmung (130) besitzt; und eine Plattenfeder (150), die in der Ausnehmung gelegen ist, wobei die Plattenfeder eine Oberfläche (154) besitzt, die mit der Zahnstange in Eingriff steht und die Zahnstange mit dem Ritzel in Eingriff vorspannt, wobei die Plattenfeder die Zahnstange für Gleitbewegung relativ zu der Plattenfeder trägt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Joch einen umfangsmäßig kontinuierlichen nach außen weisenden Teil (70) besitzt, der die Zahnstange umgibt und einen nach innen weisenden Teil (90), der von dem nach außen weisenden Teil vorspringt und nur teilweise von der Zahnstange umgeben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der nach außen weisende Teil (70) mit der Endoberfläche (34) des Gehäuses in Eingriff steht und Öffnungen (82) besitzt, um ein Werkzeug (86) zum Verformen der Endoberfläche aufzunehmen, um das Joch in Position gegen axiale Bewegung weg von der Endoberfläche zu befestigen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der nach außen weisende Teil (70) eine zylindrische Außenoberfläche (74), zentriert auf eine Achse (28) der Kammer, besitzt und die Zahnstange einen zylindrischen Außenoberflächenteil zentriert auf einer Zahnstangenachse besitzt, versetzt von der Achse der Kammer.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der nach innen weisende Teil (90) des Jochs ein exzentrisches Segment (126) aufweist, das eine kontinuierlich variierende Radialdicke besitzt, wenn sich der nach innen weisende Teil umfangsmäßig um die Zahnstange erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Kammer (38) einen Teil besitzt, der das Joch wegen der Axialbewegung des Jochs relativ zu dem Gehäuse und relativ zu der Zahnstange aufnimmt, und wobei das Joch in dem Teil der Kammer drehbar ist, um die Plattenfeder relativ zu der Zahnstange anzuordnen, diametral entgegengesetzt dem Ritzel, um die Zahnstange in Eingriff mit dem Ritzel vorzuspannen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Zahnstange einen Außenoberflächenteil (60) besitzt, der ein Segment eines Zylinders mit einem vorbestimmten Radius ist und wobei die Plattenfeder eine Außenoberfläche besitzt, die ein Segment eines Zylinders ist, und zwar mit einem kleineren Radius als der vorbestimmte Radius.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zahnstange einen Außenoberflächenteil (60) besitzt, der ein Segment eines Zylinders mit einem vorbestimmten Radius ist und wobei die Plattenfeder eine Außenoberfläche besitzt, die ein Segment eines Zylinders ist und zwar mit einem Radius, der kleiner als der vorbestimmte Radius ist.