DE69935043T2

DE69935043T2 - Einrichtung zur Überführung einer Bewegung und Servolenkung

Info

Publication number: DE69935043T2
Application number: DE69935043T
Authority: DE
Inventors: Osamu Chuo-ku Sano
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2019-07-24
Also published as: EP0976643B1; EP1433690B1; DE69918227D1; EP0976643A3; EP0976643A2; DE69918227T2; DE69935043D1; EP1433690A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine gemäß der Definition im Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgebildete Bewegungsumsetzvorrichtung zum Umsetzen von Drehbewegung in Linearbewegung oder zum Umsetzen von Linearbewegung in Drehbewegung, und sie betrifft ein gemäß der Definition im Oberbegriff des Anspruchs 2 ausgebildetes Servolenksystem, bei dem die Bewegungsumsetzvorrichtung als ein Hauptbestandteil verwendet wird. Eine derartige Vorrichtung und eine derartiges System sind z.B. aus EP 0896917A bekannt.
In den Praxis werden elektrische Servolenkvorrichtungen verwendet, die derart ausgebildet sind, dass ein elektrischer Lenkunterstützungsmotor entsprechend der Lenkbetätigung angetrieben und die Drehkraft des Motors zur Lenkunterstützung auf einen Lenkmechanismus übertragen wird. Die meisten derartigen Servolenkvorrichtungen sind derart ausgebildet, dass der Lenkunterstützungsmotor um eine Lenkwelle (eine Zahnstange oder dgl. in einem Zahnstangenlenkmechanismus) vorgesehen ist, welche mit den lenkbaren Rädern (im allgemeinen das rechte und das linke Vorderrad) verbunden ist. Die Drehkraft des Motors wird direkt an die Lenkwelle übertragen, wodurch die Lenkwelle in axialer Richtung bewegt wird, so dass der Lenkvorgang unterstützt wird.
Um einen derartigen Aufbau zu realisieren, ist eine Bewegungsumsetzvorrichtung zum Umsetzen der Drehung des Motors in axial gerichtete Bewegung der Lenkwelle erforderlich. Bei herkömmlichen Vorrichtungen, wie beispielsweise in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 61-191468 (1986) offenbart, findet verbreitet eine Bewegungsumsetzvorrichtung mit einer Kugelumlaufspindel Verwendung.
Bei der in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 61-191468 (1986) offenbarten Bewegungsumsetzvorrichtung ist eine Gewindenut auf dem Außenumfang der Lenkwelle ausgebildet, während eine Kugelmutter, die über eine Anzahl von Kugeln mit der Gewindenut in Verbindung steht, in einem Gehäuse zum Stützen der Lenkwelle angeordnet ist, wobei die Bewegung der Kugelmutter in axialer Richtung begrenzt ist. Die Drehkraft des Motors für die Lenkunterstützung wird an die Kugelmutter übertragen, und die mit der Gewindenut versehene Lenkwelle wird mittels der durch die Drehung bewirkten Schraubenbewegung der Gewindenut in axialer Richtung bewegt.
Da eine derartige herkömmliche Bewegungsumsetzvorrichtung die Drehung der Kugelmutter die Drehung der Kugelmutter in die axial gerichtete Bewegung der Lenkwelle entsprechend der Rollbewegung der dazwischen befindlichen Kugeln umsetzt, wird eine hohe Übertragungseffizienz erreicht. Da ferner die Vorrichtung, welche den Lenkunterstützungsmotor aufweist, kompakt in einem begrenzten Raum um die Lenkwelle aufgebaut sein kann, kann die Vorrichtung dem Erfordernis einer Verringerung des Einbauraums nachkommen.
Jedoch ist bei der genannten herkömmlichen Bewegungsumsetzvorrichtung vom Kugelumlaufspindeltyp eine hohe Genauigkeit bei der auf dem Außenumfang der Lenkwelle gebildeten Gewindenut erforderlich, woraus sich das Problem einer Vielzahl von Bearbeitungsschritten ergibt. Ferner ist eine erheblicher Arbeitsaufwand für das Einstellen der Passung zwischen der Lenkwelle und der Kugelmutter mittels der Kugeln erforderlich, wodurch das Problem einer erhöhten Zahl von Montageschritten verursacht wird.
Da darüber hinaus die mehreren in die Gewindenut eingesetzten Kugeln mittels eines in der Kugelmutter vorgesehenen Umlaufmechanismus in Umlauf gehalten werden, ergibt sich das Problem, dass die Struktur der Kugelmutter kompliziert wird. Aufgrund der Zirkulation der Kugeln im Um laufmechanismus ist zudem das Entstehen von Kugelkollisionsgeräuschen, welche der Fahrer als harsche Knirschgeräusche hört, unvermeidbar.
Aufgrund dieser Umstände besteht Bedarf an einer neuartigen kompakten Bewegungsumsetzvorrichtung, die in der Lage ist, die oben genannten Probleme der gemäß dem Kugelumlaufspindeltyp ausgebildeten Bewegungsumsetzvorrichtung für die Übertragung der Drehung des Lenkunterstützungsmotors auf die Lenkwelle mit einer hohen Übertragungseffizienz zu überwinden, die derjenigen der Bewegungsumsetzvorrichtung des Kugelumlaufspindeltyps äquivalent ist.
Eine Bewegungsumsetzvorrichtung, die diesen Bedarf erfüllt, ist beispielsweise in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 59-12898 (1984) beschrieben. Die in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 59-12898 (1984) beschriebene Bewegungsumsetzvorrichtung weist eine in axialer Richtung bewegbar gestützte Bewegungswelle, einen drehenden Zylinder, der um seine Achse drehbar gestützt ist und den Umfang der Bewegungswelle koaxial umgibt, und mehrere Vorschubringe auf, die exzentrisch an der Innenseite des drehenden Zylinders abgestützt sind und deren Innenflächen an einem Umfangsbereich der Umfangsfläche der Bewegungswelle angreifen. Als Vorschubringe werden Wälzlager verwendet, die mehrere Rollkörper wie z.B. Kugeln und Walzen zwischen ihrem Innenring und ihrem Außenring aufweisen, wobei der Innendurchmesser der Innenringe ausreichend größer als der Außendurchmesser der Bewegungswelle ist.
Darüber hinaus offenbart die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 59-9351 (1984) eine ähnliche Bewegungsumsetzvorrichtung, bei der eine Gewindenut auf einer Außenumfangsfläche einer Bewegungswelle ausgebildet ist, und bei der um Innenringe von Vorschubringen vorgesehene Eingriffsvorsprünge in Eingriff mit der Gewindenut stehen, so dass der Eingriff verstärkt wird.
Wenn bei diesen herkömmlichen Bewegungsumsetzvorrichtungen der Drehzylinder um seine Achse dreht, drehen sich die auf dem Drehzylinder gehaltenen Vorschubringe, wobei deren Innenringe in Eingriff mit der Bewegungswelle stehen, und die Bewegungswelle wird durch eine Komponente der Axialkraft durch den Bereich des Zusammengriffs mit dem Innenring axial bewegt, wodurch die Drehung des Drehzylinders in die axiale Bewegung der Bewegungswelle umgesetzt wird.
Da die Rollbewegung der Vorschubringe zu diesem Zeitpunkt über die Wälzkörper, wie z.B. zwischen den Innenringen und den Außenringen angeordnete Kugeln und Walzen, erzeugt wird, zeigt die genannte Bewegungsumsetzung eine Übertragungseffizienz, die im wesentlichen zu derjenigen einer herkömmlichen Bewegungsumsetzvorrichtung äquivalent ist. Da ferner diese Wälzkörper zwischen den Innenringen und den Außenringen mit unveränderter Position der Ringe zueinander gehalten sind, tritt keine Kollision der Wälzkörper auf, und die Laufruhe wird verbessert. Ferner hat der Drehzylinder einen einfachen Aufbau, bei dem die mehreren Vorschubringe (Lager) an seiner Innenseite gehalten sind, so dass bei dieser Vorrichtung ein gegenüber der herkömmlichen Bewegungsumsetzvorrichtung vom Kugelumlaufspindeltyp stark vereinfachter Aufbau erzielbar ist.
Jedoch ist es selbst bei der Bewegungsumsetzvorrichtung mit dem genannten Aufbau unvermeidbar, den Eingriff zwischen den Vorschubringen und der Bewegungswelle einzustellen, um eine zufriedenstellende Bewegungsumsetzung zu erreichen.
Das erläuternde Diagramm der 1 zeigt den Eingriff zwischen den Vorschubringen und der Bewegungswelle der in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 59-12898 (1984) offenbarten Bewegungsumsetzvorrichtung.
Wie in 1 dargestellt sind mehrere Vorschubringe 63 (von denen nur einer dargestellt ist) derart aufgebaut, dass mehrere Kugeln zwischen Innenringen 63a und Außenringen 63b vorgesehen sind. Der Vorschubring 63 wird in eine Montageöffnung 60 eingesetzt, die eine dem Außendurchmesser des Außenrings 63b entsprechende Weite aufweist und einen Drehzylinder 6 an einer vorbestimmten Stelle durchsetzt. Der Vorschubring 63 ist derart aufgebaut, dass ein blockförmiges Druckstück 61, das von einer Seite der Montageöffnung 60 her eingesetzt wird, in Kontakt mit einer Hälfte des Außenrings 63b gebracht wird. Die Druckstücke 61 werden zusammen durch auf der Außenseite des Drehzylinders 6 angebrachte zylindrische Federn 62 zurückgehalten, so dass sie nicht aus den Montageöffnungen 60 rutschen können. In diesem Zustand greifen die Innenringe 63a der Vorschubringe 63 an der Bewegungswelle 7 auf der Seite an, an der sie in Kontakt mit den Druckstücken 61 stehen.
Bei diesem herkömmlichen Aufbau ist der Eingriff zwischen jedem der mehreren Vorschubringe 63 und der Bewegungswelle 7 durch die Genauigkeit der Abmessung ("X" in 1) zwischen den Innen- und den Außenflächen jedes der Druckstücke 61 bestimmt. Es ist daher beim Einstellen des Eingriffs erforderlich, die Abmessung der Druckstücke 61 anzupassen, die einen ungleichförmigen Querschnitt aufweisen, bei dem die Innenseite der Außenform der Vorschubringe 63 und die Außenseite der Außenform der Drehzylinder 6 entspricht. Daraus ergibt sich der Nachteil, dass zahlreiche Verarbeitungsschritte erforderlich sind.
Da darüber hinaus die Eingriffsfestigkeit zwischen den Vorschubringen 63 und der Bewegungswelle 7 von den Federkräften der elastisch an den Außenseiten der Druckstücke 61 anliegenden Federn 62 abhängt, ist es schwierig, ausreichende Eingriffsfestigkeit zu erreichen. Infolgedessen, wie in Zusammenhang mit der Servolenkvorrichtung erwähnt, bereitet es Schwierigkeiten, diese Struktur in einem Bereich anzuwenden, in dem die Übertragung einer großen Kraft zwischen dem Drehzylinder 6 und der Bewegungswelle 7 erforderlich ist.
Wie in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 59-9351 (1984) beschrieben, kann die Verstärkung des Eingriffs durch Ausbilden einer Gewindenut auf der Außenumfangsfläche der Bewegungswelle verbessert werden. Jedoch ist es selbst bei dem Aufbau gemäß der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 59-9351 (1984) für das Erreichen eines geeigneten Eingriffs zwischen den Vorschubringen und der Bewegungswelle erforderlich, die Genauigkeit der Bearbeitung und der Montage jeweiliger Teile zu verbessern. Infolgedessen ist eine große Zahl an Bearbeitungsschritten erforderlich, einschließlich der Anpassung der Abmessungen eines Abstandhalters, der eine Seite des Vorschubrings berührt.
Zudem wird, wenn eine Servolenkvorrichtung unter Verwendung der zuvor genannten Bewegungsumsetzvorrichtung als Hauptbestandteil aufgebaut ist, eine externe Kraft auf die Lenkwelle aufgebracht, wie z.B. eine Reaktionskraft von den lenkbaren Rädern, die mit beiden Enden der als Bewegungswelle dienenden Lenkwelle verbunden sind, und es wirkt eine radiale Last in verschiedene Richtungen. Bei der Bewegungsumsetzvorrichtung mit dem zuvor beschriebenen Aufbau ist jedoch die Bewegungswelle in radialer Richtung nur durch die mehreren Vorschubringe entlang eines Längserstreckungsbereichs des Drehzylinders abgestützt. Diese Vorschubringe sind jedoch nur an einer Stelle in Umfangsrichtung mit der Umfangsfläche der Bewegungswelle in Eingriff, und die Vorschubringe können nur die radiale Last aufnehmen, die auf die jeweiligen Eingriffspositionen gerichtet ist. Es ist infolgedessen schwierig, die Bewegungswelle, auf welche die in verschiedene Richtungen einwirkende radiale Kraft einwirkt, stabil abzustützen.
Zur Lösung dieser schwierigen Probleme des herkömmlichen Aufbaus werden drei oder mehr Vorschubringe verwendet, und ihre Eingriffspositionen sind in im Wesentlichen gleichmäßigen Intervallen in Umfangsrichtung vorgesehen, so dass die Vorschubringe durch ihre Synergiewirkung die in verschiedene Richtungen wirkende radiale Last aufnehmen. In diesem Fall ist jedoch die Bewegungswelle durch die Vorschubringe an einer Stelle der jeweiligen Eingriffspositionen gestützt, weshalb die Größe der Vorschub ringe erhöht werden, um die gewünschte Fähigkeit zur Aufnahme der radialen Last zu erreichen. Dies verursacht ferner das Problem, dass auch die Größe des Drehzylinders, der drei oder mehr Vorschubringe dieser Größe aufnimmt, zunehmen muss, weshalb es schwierig ist, die Bewegungsumsetzvorrichtung mit dieser Struktur äquivalent zur Bewegungsumsetzvorrichtung vom Kugelumlaufspindeltyp zu miniaturisieren.
Das genannte Problem kann gelöst werden, indem ein Lager zum Stützen der Bewegungswelle in radialer Richtung an einem Bereich des Gehäuseinnendurchmessers auf der Außenseite des Endbereichs des Drehzylinders vorgesehen wird. Die Gewindenut zum Verstärken des Eingriffs mit den Vorschubringen ist jedoch wie zuvor erwähnt auf der Außenumfangsfläche der Bewegungswelle ausgebildet, und diese Gewindenut steht wie zuvor erwähnt entsprechend der Bewegung der Bewegungswelle in gleitend verschiebbarem Kontakt mit dem Lager, wodurch ein exzentrischer Verschleiß des Lagers verursacht wird und somit kein zufriedenstellender Stützzustand beibehalten werden kann. Die Form der Gewindenut wird ferner durch den Gleitkontakt mit dem Lager verändert, woraus sich das Problem einer Verschlechterung des Eingriffs der Vorschubringe ergibt.
DE 8311008U und CH 656930A beschreiben Bewegungsumsetzvorrichtungen, die ein Lager aufweisen, um die auf eine Drehwelle einwirkende radiale Last aufnehmen zu können.
KURZER ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bewegungsumsetzvorrichtung mit einfachem Aufbau zu schaffen, die in der Lage ist, eine Bewegungswelle ohne Vergrößerung der Abmessungen von Vorschubringen und eines Drehzylinders sicher zu stützen, indem ermöglicht wird, dass ein in dem Drehzylinder angeordnetes und gestütztes Lager die auf die Bewegungswelle einwirkende radial Last aufnimmt, und die in der Lage ist, die Drehbewegung sicher in eine Linearbewegung der Bewegungswelle und umgekehrt umzusetzen, und eine Servolenkvorrichtung zu schaffen, in der die Bewegungsumsetzvorrichtung verwendet wird.
Die Bewegungsumsetzvorrichtung gemäß der Erfindung ist durch Anspruch 1 definiert, und die Servolenkvorrichtung gemäß der Erfindung ist in Anspruch 2 definiert.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Bewegungsüberführungsvorrichtung mit: einer Bewegungswelle, die in Axialrichtung bewegbar in einem Gehäuse gelagert ist, wobei eine Gewindenut an einer Außenumfangsfläche der Bewegungswelle ausgebildet ist; einem Drehzylinder, der um seine Achse drehbar in dem Gehäuse gelagert ist, wobei er die Bewegungswelle außen koaxial umschließt; und einem Zuführring, dessen axiale Mitte um einen Winkel schräggestellt ist, der dem Anschnittwinkel der Gewindenut im Wesentlichen gleich ist, wobei der Zuführring exzentrisch innerhalb des Drehzylinders gehalten ist und an einer Umfangsposition seiner Innenumfangsfläche mit der Gewindenut zusammengreift; wodurch eine Rollbewegung des Zuführrings entlang der Gewindenut eine Drehung des Drehzylinders in eine Bewegung der Bewegungswelle überführt oder die Bewegung der Bewegungswelle in eine Drehbewegung des Drehzylinders überführt, wobei die Bewegungsüberführungsvorrichtung ferner ein Lager aufweist, das bei Anordnung in dem Drehzylinder in diesem gehalten ist und derart mit dem Außenumfang der Bewegungswelle in Kontakt kommt, dass es eine auf die Bewegungswelle aufgebrachte radiale Last aufnimmt.
Bei der Bewegungsumsetzvorrichtung der vorliegenden Erfindung gelangt das Lager, das unter Anordnung in dem Drehzylinder in diesem gehalten ist, um einen Vorschubring zu halten, derart in Kontakt mit dem Außenumfang der Bewegungswelle, dass es die auf die Bewegungswelle aufgebrachte radiale Last aufnimmt. Da die Relativeingriffsposition zwischen dem Schulterteil der Gewindenut und dem Vorschubring sich in Bezug auf den sich außerhalb der Gewindenut drehenden Zylinder nicht verändert und sich somit auch die Kontaktposition des Schulterteils der Gewindenut mit dem Lager nicht verändert, wird keine Reibung aufgrund einer gegenseitigen Gleitbewegung dieser Teile verursacht. Folglich wird ein zufriedenstellender Stützzustand stabil beibehalten, und es ist nicht erforderlich, zur Aufnahme der radialen Last die Größe des Vorschubrings zu erhöhen.
Bei der Bewegungsumsetzvorrichtung gemäß der Erfindung ist das Lager in dem Drehzylinder in einer Position angeordnet, die mit der Stützposition ausgerichtet ist, in welcher der Drehzylinder drehbar in dem Gehäuse angeordnet ist. Folglich wird verhindert, dass aufgrund der auf das Lager einwirkenden radialen Last ein Drehmoment in Axialrichtung auftritt.
Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, bei einer Servolenkvorrichtung einen Übertragungsmechanismus zu verwenden, der den von einem Lenkunterstützungsmotor zu der Lenkwelle verlaufenden Bereich abdeckt, wobei die Bewegungsumsetzvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine sichere Bewegungsumsetzung mittels einer einfachen Struktur und mit geringem Betriebsgeräusch durchführt. Folglich kann eine Servolenkvorrichtung mit ausgezeichneter Geräuschreduzierung realisiert werden, bei der die Bewegungsumsetzvorrichtung einschließlich des Motors kompakt um die Lenkwelle herum angeordnet werden kann.
Diese und weitere Aufgaben und Merkmale werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels des Eingriffs zwischen einem Vorschubring und einer Bewegungswelle in einer herkömmlichen Bewegungsumsetzvorrichtung;
2 zeigt eine teilweise geschnittene Darstellung des Aufbaus eines wesentlichen Teils einer Servolenkvorrichtung mit einer Bewegungsumsetzvorrichtung;
3 zeigt eine teilweise geschnittene Darstellung des Aufbaus der Bewegungsumsetzvorrichtung;
4 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV in 3;
5 zeigt eine teilweise weggebrochene perspektivische Darstellung der Umgebung des Endbereichs eines Drehzylinders der erfindungsgemäßen Bewegungsumsetzvorrichtung nach 2-4;
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels des Befestigungszustands eines mittleren Vorschubrings;
7A zeigt eine Seitenansicht einer weiteren Ausbildungsform der Bewegungsumsetzvorrichtung;
7B zeigt eine von vorne betrachtete Querschnittsansicht einer weiteren Ausbildungsform der Bewegungsumsetzvorrichtung;
8A zeigt eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der Bewebungsumsetzvorrichtung;
8B zeigt eine von vorne betrachtete Querschnittsansicht einer weiteren Ausbildungsform der Bewegungsumsetzvorrichtung;
9 zeigt eine teilweise quergeschnittene Vorderansicht des Aufbaus eines wesentlichen Teils der Servolenkvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit der erfindungsgemäßen Bewegungsumsetzvorrichtung;
10 zeigt eine teilweise quergeschnittene Vorderansicht des Aufbaus der Bewegungsumsetzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
11 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des Vorschubrings der Bewegungsumsetzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
12 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht einer weiteren Ausbildungsform der Bewegungsumsetzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGFORMEN
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen die Ausführungsbeispiele gezeigt, näher erläutert. 2 zeigt eine teilweise geschnittene Darstellung des Aufbaus eines wesentlichen Teils der Bewegungsumsetzvorrichtung und einer mit dieser Vorrichtung versehenen Servolenkvorrichtung.
Eine bewegbare Zahnstange 2 ist auf der Innenseite eines zylindrischen Zahnstangengehäuses 20 in axialer Richtung bewegbar gestützt und erstreckt sich in einem (nicht dargestellten) Fahrzeugrahmen nach links und rechts. Beide Enden der Zahnstange 2, die aus dem Zahnstangengehäuse 20 vorstehen, sind mit den nicht dargestellten lenkbaren Rädern (normalerweise dem rechten und dem linken Vorderrad) über Querlenker verbunden.
Ein Zahnradgehäuse 21 ist mit dem Mittelbereich des Zahnstangengehäuses 20 einteilig derart verbunden, dass sich ihre Achsmitten schneiden. Eine Zahnradwelle 22 ist im Zahnradgehäuse 21 um seine Achse drehbar gestützt. In 2 ist nur ein aus dem oberen Bereich des Zahnradgehäuses 21 vorstehendes Ende der Zahnradwelle 22 dargestellt. Die Zahnradwelle 22 ist mit dem nicht dargestellten Lenkrad über das vorstehende Ende verbunden und dreht sich entsprechend der Betätigung des Lenkrads um seine Achse.
Ein nicht dargestelltes Zahnrad ist einstückig mit einem sich in das Zahnradgehäuse 21 erstreckenden unteren Bereich der Zahnradwelle 22 ausgebildet. Ferner sind nicht dargestellte Zahnstangenzähne über eine geeignete Länge der Zahnstange 2 ausgebildet, die im Zahnstangengehäuse 20 einschließlich des Kreuzungsbereichs des Zahnradgehäuses 21 abgestützt ist. Die Zahnstangenzähne kämmen mit dem Zahnrad am unteren Bereich der Zahnradwelle 22. Die Drehung der Zahnradwelle 22 aufgrund der Betätigung des Lenkrades wird durch das Zusammengreifen von Zahnrad und Zahnstangenzähnen in eine axial gerichtete Bewegung der Zahnstange 2 umgesetzt, und die Bewegung der Zahnstange 2 im Zahnstangengehäuse 20 wird zum Lenken über die Querlenker auf das rechte und das linke Rad übertragen. Auf diese Weise ist ein Zahnstangengetriebelenkmechanismus, der entsprechend der Betätigung des Lenkrads arbeitet, aufgebaut.
Die in der Zeichnung dargestellte Servolenkvorrichtung unterstützt die in der vorgenannten Weise ausgeführte Lenkung mittels der Drehkraft eines Elektromotors. Ein Lenkkraftunterstützungsmotor 3 ist als bürstenloser Dreiphasen-Motor ausgebildet, bei dem ein Stator 31 an der Innenumfangsfläche eines zylindrischen Motorgehäuses 30 angebracht ist, und ein koaxial im Stator 31 angeordneter Rotor 32 im Motorgehäuse 30 vorgesehen ist, welches einstückig ausgebildet ist, indem der Durchmesser über eine geeignete Länge des Mittelbereichs des die Zahnstange 2 umgebenden Zahnstangengehäuses 20 vergrößert ist.
Der Rotor 32 ist derart aufgebaut, dass ein Magnetpol 33, welcher der Innenfläche des Stators 31 mit einem kleinen Zwischenraum zugewandt ist, an einer Außenumfangsfläche eines zylindrischen Teils gehalten ist, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Zahnstange 2 ist. Der Rotor 32 ist um die Achse des Motorgehäuses 30 durch ein rechtes und ein linkes Kugellager 34 und 36 drehbar gestützt und dreht in beide Richtungen entsprechend der Aktivierung des Stators 31.
Die Drehung des Rotors 32 als Drehteil des Motors 3 wird in eine axial gerichtete Bewegung der Zahnstange 2 durch die Betätigung einer gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Bewegungsumsetzvorrichtung 1 umgesetzt, welche zur Übertragung auf einer Seite des Rotors 32 angeordnet ist.
Die Bewegungsumsetzvorrichtung 1 weist einen Drehzylinder 10, der die Außenseite der bewegbaren Zahnstange 2 umgibt, mehrere Vorschubringe 11 (drei in der Zeichnung), die in dem Drehzylinder 10 in axialer Richtung angeordnet und gehalten sind, und eine Gewindenut 12 auf, welche auf der Außenumfangsfläche der Zahnstange 2 über eine vorgestimmte Länge derselben einschließlich der Innenseite des Drehzylinders 10 ausgebildet ist. Der Drehzylinder 10 ist drehbar an einem erweiterten Bereich des Motorgehäuses 30 als Gehäuse durch ein Vier-Punkt-Kontakt-Kugellager 13 gestützt, dessen Innenring einstückig mit dem Mittelbereich des Drehzylin ders 10 ausgebildet ist. Der Drehzylinder 10 ist über eine Verbindungsmuffe 36 koaxial mit einem Endbereich des Rotors 32 verbunden. Ein derartiger Aufbau bewirkt eine gemäß der Drehung des Motors 3 erfolgende Drehung des Drehzylinders 10 um seine Achse.
3 zeigt eine teilweise quergeschnittene Seitenansicht des Aufbaus der Bewegungsumsetzvorrichtung 1, und 4 zeigt eine im Wesentlichen entlang der Linie IV-IV der 3 angesetzte Querschnittsansicht.
Wie in 3 dargestellt, sind die am Drehzylinder 10 gehaltenen Vorschubringe 11 Kugellager, die mehrere Kugeln zwischen ihren Außen- und Innenringen enthalten und einen Innendurchmesser aufweisen, der ausreichend größer als der Außendurchmesser der durch die Vorschubringe 11 geführten Zahnstange 2 ist. Jeder Vorschubring 11 ist in dem Drehzylinder 10 derart angebracht, dass seine axiale Mitte relativ zu dem Drehzylinder 10 geneigt ist. Die gesamte Innenumfangsfläche des Innenrings jedes Vorschubrings 11 ist mit einem Eingriffsvorsprung 11a versehen, der eine halbkreisförmige axiale Querschnittform hat, die dem Querschnitt der auf dem Außenumfang der Zahnstange 2 gebildeten Gewindenut 12 entspricht. Das Bezugszeichen 13a in 3 bezeichnet einen Bereich, der den Innenring des Vier-Punkt-Kontakt-Kugellagers 13 bildet und eine Kugelnut aufweist.
Der Neigungswinkel der axialen Mitte jedes Vorschubrings 11 ist derart eingestellt, dass er im wesentlichen gleich dem Steigungswinkel der im Außenumfang der Zahnstange 2 gebildeten Gewindenut 12 ist. Ferner steht jeder Vorschubring 11 mittels des Eingriffsvorsprungs 11a in Eingriff mit der Gewindenut 12, wobei der Vorsprung an dem Innenring an einer Umfangsposition ausgebildet ist, an der die Neigung der Vorschubringe mit der Neigung der Gewindenut 12 zusammenfällt. Ferner sind die beiden Vorschubringe 11 an beiden Außenseiten des Drehzylinders 10 und der eine mittlere Vorschubring 11 mit zueinander entgegengesetzten Neigungsrichtungen angeordnet, und ihre Eingriffspositionen des Eingriffs mit der Ge windenut 12 sind, wie durch A und B in 4 angedeutet, einander in radialer Richtung entgegengesetzt gewählt, d.h. um ungefähr 180° phasenverschoben.
Bei der derart aufgebauten Bewegungsumsetzvorrichtung 1 dreht der Drehzylinder 10 um seine Achse entsprechend der Drehung des Motors 3, um die Lenkunterstützung zu bewirken, und die drei Vorschubringe 11, die im Drehzylinder 10 gehalten sind, werden durch die Drehung des Drehzylinders 10 gedreht. Da der Innenring jedes Vorschubrings 11 über den auf seinem Innenumfang ausgebildeten Eingriffsvorsprung 11a in Eingriff mit der auf dem Außenumfang der Zahnstange 2 ausgebildeten Gewindenut 12 steht, rollt der Innenring entlang der Gewindenut 12, wobei der Eingriffszustand bestehen bleibt. Entsprechend der Rollbewegung des Innenrings jedes Vorschubrings 11 wird, da eine Kraft entlang der Gewindenut 12 an den Eingriffpositionen A und B jedes Vorschubrings 11 aufgebracht wird, die Zahnstange 2 durch eine axiale Komponente der Kraft gedrückt, so dass sie sich in axialer Richtung bewegt.
Entsprechend dieser Betätigung der Bewegungsumsetzvorrichtung 1 wird die Drehung des Lenkunterstützungsmotors 3 in die axiale Bewegung der Zahnstange 2 innerhalb des Zahnstangengehäuses 20 umgesetzt, und die Bewegung wird über die Querlenker auf die nicht dargestellten rechten und linken lenkbaren Räder übertragen. Somit wird der wie oben erwähnt entsprechend der Betätigung des Lenkrads ausgeführte Lenkvorgang durch die erzeugte Kraft des Motors 3 unterstützt.
Die Bewegungsumsetzvorrichtung 1 sowie der Motor 3 mit der oben beschriebenen Ausbildung können kompakt und koaxial um die Zahnstange 2 herum angeordnet sein. Die Bewegungsumsetzvorrichtung 1 hat ferner dahingehend einen einfachen Aufbau, dass die mehreren Vorschubringe 11 in dem Drehzylinder 10 gehalten sind und die Gewindenut 12 auf dem Außenumfang der bewegbaren Zahnstange 2 ausgebildet ist. Infolgedessen kann bei der Bewegungsumsetzvorrichtung 1 die im Vergleich mit einer Be wegungsumsetzvorrichtung vom Kugelumlaufspindeltyp einfache Ausbildung realisiert werden.
Ferner sind die Vorschubringe 11 die Kugellager, die mehrere Kugeln zwischen den Innen- und den Außenringen aufweisen, und die Kugeln rollen ohne Veränderung ihrer Relativpositionen, so dass keine Möglichkeit einer Kollision derselben besteht. Infolgedessen sind die Betriebsgeräusche leiser als bei der Bewegungsumsetzvorrichtung vom Kugelumlaufspindeltyp, so dass der Betrieb geräuscharm ist. Als die Vorschubringe 11 können auch Wälzlager, die Wälzkörper anstelle von Kugeln zwischen dem Innen- und dem Außenring aufweisen, verwendet werden.
Wie zuvor erwähnt handelt es sich bei der Bewegungsumsetzvorrichtung 1 um eine ausgezeichnete Vorrichtung, bei der sowohl ein einfacher Aufbau als auch ein leiser Betrieb realisiert werden kann, wobei es jedoch zum wirksamen Umsetzen der Drehung des Drehzylinders 10 in die Bewegung der bewegbaren Zahnstange 2 wichtig ist, den korrekten Eingriff zwischen den am Drehzylinder 10 angebrachten Vorschubringen 11 und der auf der Außenumfangsfläche der Zahnstange 2 ausgebildeten Gewindenut 12 herzustellen, und ferner den Einstellvorgang zur Herstellung des korrekten Eingriffs einfach zu gestalten.
Bei der vorliegenden Erfindung sind die Vorschubringe 11 am Drehzylinder 10 wie im folgenden beschrieben angebracht, wobei der geeignete Eingriff wird sicher hergestellt wird und der hierfür erforderliche Einstellvorgang einfach ausführbar ist.
Wie in 3 dargestellt sind zwei Befestigungslöcher 14 und 15 als Befestigungsbereiche für die beiden äußeren Vorschubringe 11 an beiden Enden des Drehzylinders 10 derart ausgebildet, dass die Öffnungen an beiden Endflächen angeordnet sind und ihre axialen Mitten in bezug auf die axiale Mitte des Drehzylinders 10 geneigt sind. Die Befestigungslöcher 14 und 15 sind kreisförmige Löcher mit einem Innendurchmesser, der im We sentlichen gleich dem Außendurchmesser der darin zu befestigenden Vorschubringe 11 ist, und deren Neigungswinkel mit dem Steigungswinkel der auf der Zahnstange 2 ausgebildeten Gewindenut 12 zusammenfällt. Ferner sind die Befestigungslöcher 14 und 15 über eine vorbestimmte Strecke in der gleichförmigen Richtung von der axialen Mitte des Drehzylinders 10 her in einer diese senkrecht schneidenden Ebene relativ zu einem axialen Querschnitt, in dem ihre Neigungswinkel maximal sind, exzentrisch. 5 ist eine teilweise weggebrochene perspektivische Gesamtansicht, welche die Umgebung des Endes des Drehzylinders 10 zeigt, und aus der die Form des Befestigungslochs 14 (oder des Befestigungslochs 15) deutlich ersichtlich ist.
Die beiden Vorschubringe 11 an den äußeren Seiten der drei Vorschubringe 11, die am Drehzylinder 10 gehalten sind, sind jeweils in den wie beschrieben ausgebildeten Befestigungslöchern 14 und 15 in Presspassung durch die in beiden Enden ausgebildeten Löcher hindurch gehalten und greifen mit an den Innenflächen der Befestigungslöcher 14 und 15 angebrachten Verriegelungsringen 16 zusammen, wobei sie mit einer Seite die Unterseiten der Befestigungslöcher 14, 15 berühren.
Da die Befestigungslöcher 14 und 15 um einen vorbestimmten Weg von der axialen Mitte des Drehzylinders 10 exzentrisch ausgebildet sind, greifen die beiden in den Montagelöchern 14 und 15 angebrachten äußeren Vorschubringe 11 in die Gewindenut 12, die auf der Außenumfangsfläche der koaxial im Drehzylinder 10 angeordneten Zahnstange 2 ausgebildet ist, an der Umfangsposition ein, an der ihre Neigungswinkel mit dem Steigungswinkel der Gewindenut 12 zusammenfallen, wie in 4 dargestellt, sowie an der Eingriffsposition A auf derselben Seite in radialer Richtung. Zu diesem Zeitpunkt sind die beiden Vorschubringe 11 jeweils in die einen entsprechenden kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Befestigungslöcher 14 und 15 so eingesetzt, dass sie mit ihrer gesamten Fläche fixiert sind und ihr Außenumfang umschlossen ist. Infolgedessen wird der Eingriffszustand zwi schen den Vorschubringen 11 und der auf dem Außenumfang der Zahnstange 2 gebildeten Gewindenut 12 fest beibehalten.
Der eine mittlere Vorschubring 11 der drei am Drehzylinder 10 gehaltenen Vorschubringe 11 ist an einem Befestigungsbereich 17 angebracht, der auf der Außenumfangsfläche eines vorbestimmten Abschnitts des Drehzylinders 10 derart vorgesehen ist, dass er eine schlitzförmige Öffnung aufweist. Die schlitzförmige Öffnung 17a des Befestigungsbereichs 17, die im Außenumfangsbereich des Drehzylinders 10 in 5 erkennbar ist, hat einen rechteckigen Querschnitt, der in bezug auf die axiale Mitte des Drehzylinders 10 um einen Winkel geneigt ist, der im wesentlichen gleich demjenigen des am Ende des Drehzylinders 10 ausgebildeten Befestigungslochs 14 entspricht, jedoch in einer sich von derjenigen des Befestigungslochs 14 unterscheidenden Richtung.
Die Größe der Öffnung 17a des Befestigungsbereichs 17 entspricht der seitlichen Querschnittsform des zu befestigenden Vorschubrings 11, und der mittlere Vorschubring 11 wird zum Befestigen von der Außenseite des Drehzylinders 10 her entlang der Neigung der Öffnung 17a in den Befestigungsbereich 17 geschoben. 6 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels des Befestigungszustands des mittleren Vorschubrings 11, und zeigt ähnlich der 4 ungefähr den Querschnitt des Drehzylinders an der Stelle, an welcher der Befestigungsbereich 17 ausgebildet ist.
Der Befestigungsbereich 17 hat eine axiale Mitte, die mit derjenigen des Drehzylinders 10 zusammenfällt, und seine halbkreisförmige Unterseite, die dem Außendurchmesser des Vorschubrings 11 entspricht, dient als konkaver Bereich auf der der Öffnung 17a gegenüberliegenden Seite. Ein Schraubloch 18, das die Umfangswand des Drehzylinders 10 in radialer Richtung durchsetzt, ist in einem im Wesentlichen mittleren Bereich der Unterseite des Befestigungsbereichs 17 ausgebildet. Eine Stellschraube 5, die als Eingriffseinstellvorrichtung dient, ist in das Schraubloch 18 eingesetzt.
Der mittlere Vorschubring 11 wird über die Öffnung 17a in den wie beschrieben ausgebildeten Befestigungsbereich 17 geschoben und dort angebracht, wobei der an der Innenseite gelegene Außenumfangsbereich des Vorschubrings 11 die Unterseite des Befestigungsbereichs 17 berührt. Der mittlere Vorschubring 11 wird dann in diesem Zustand in Eingriff mit der auf dem Außenumfang der Zahnstange 2 ausgebildeten Gewindenut 12 gebracht, welche in den Drehzylinder 10 eingesetzt ist, wobei der Eingriff mittels des Eingriffsvorsprungs 11a erfolgt, der um den Innenring in der Eingriffsposition B auf der gleichen Seite wie die Unterseite angeordnet ist, nämlich in einer Position, die sich in Umfangsrichtung von der Eingriffsposition A der Vorschubringe 11 an den beiden äußeren Seiten unterscheidet.
Dieser Eingriffszustand wird durch den Kontakt zwischen der halbkreisförmigen Unterseite des Befestigungsbereichs 17 und dem Außenring der auf der selben Seite befindlichen Hälfte des Vorschubrings 11 beibehalten, jedoch ist es schwierig, eine Innenflächenform des Befestigungsbereichs 17, die einen axialen Querschnitt gemäß 6 aufweist, präzise herzustellen. Daher ist eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit erforderlich, um den Eingriff an der Eingriffsposition B mit zufriedenstellender Präzision beizubehalten. Wenn an der Eingriffsposition B ein fehlerhafter Eingriff eintritt, können ferner auch die Eingriffsbedingungen der an den Außenseiten gelegenen Vorschubringe 11 in der Eingriffsposition A nicht zufriedenstellend beibehalten werden.
Das Ende der Einstellschraube 5, die in das Schraubloch 18 auf der Unterseite des Befestigungsbereichs 17 eingesetzt ist, berührt die Außenseite des Vorschubrings 11. Die Länge des in den Befestigungsbereich 17 ragenden Teils der Einstellschraube 5 kann durch Drehen der Einstellschraube 5 von außerhalb des Drehzylinders 10 verlängert oder verkürzt werden. Wenn die vorstehende Länge der Einstellschraube 5 verlängert wird, wird der Vorschubring 11, der mit der Einstellschraube 5 in Kontakt steht, in axialer Richtung der Einstellschraube 5 gedrückt, d.h. in radialer Richtung des Drehzylinders 10. Infolgedessen wird der Eingriffsvorsprung 11a an der In nenseite des Vorschubrings 11 gegen die Gewindenut 12 auf dem Außenumfang der Zahnstange 2 gedrückt, und der Eingriffszustand zwischen diesen an der Eingriffsposition B wird verstärkt.
Ferner wird, wenn die Einstellschraube 5 gedreht wird, über den mittleren Vorschubring 11, der in Kontakt mit der Einstellschraube 5 steht, Druck auf die Zahnstange 2 ausgeübt. Infolgedessen wird eine Hälfte auf der anderen Seite der Zahnstange 2 in radialer Richtung des Drehzylinders 10 verschoben, und die Gewindenut 12 auf derselben Seite wird gegen die Innenflächen der beiden äußeren Vorschubringe 11 gedrückt, wodurch der Eingriffszustand zwischen diesen an der Eingriffsposition A verstärkt wird.
Wenn die als Eingriffseinstelleinrichtung dienende Einstellschraube 5 in dieser Weise gedreht wird, wird der Eingriffszustand zwischen den drei an dem Drehzylinder 10 gehaltenen Vorschubringen 11 und der auf der Außenumfangsfläche der Zahnstange 2 ausgebildeten Gewindenut 12 kollektiv eingestellt. Da die Einstellschraube 5 von der Außenseite des Drehzylinders 10 betätigt werden kann, kann der Eingriff mittels der Einstellschraube 5 im mit der bewegbaren Zahnstange 2 verbundenen Zustand eingestellt werden. Wie zuvor erwähnt, sind die beiden äußeren Vorschubringe 11 jeweils über ihren gesamten Umfang an den Innenseiten der Befestigungslöcher 14 und 15 abgestützt, und somit besteht, wenn der Eingriff in der oben erwähnten Weise eingestellt ist, keine Möglichkeit, dass eine Verschiebung auftritt. Infolgedessen kann die Einstellung sicher ausgeführt werden.
Bei der Bewegungsumsetzvorrichtung 1 kann die Einstellung des Eingriffszustands zwischen der Gewindenut 12, die auf dem Außenumfang der bewegbaren Zahnstange 2 ausgebildet ist, und den mehreren Vorschubringen 11 leicht und sicher in geeigneter Weise durchgeführt werden. Somit wird die Drehung des Drehzylinders 10, die durch die Übertragung vom Motor 3 her bewirkt wird, wirksam in eine axiale Bewegung der bewegbaren Zahnstange 2 umgesetzt.
Wie in 4 dargestellt, ist eine Schraubenfeder 50 in dem Endbereich der Einstellschraube 50 angeordnet. Die Berührung zwischen der Einstellschraube 5 und der Außenseite des Vorschubrings 11 wird mittels der Schraubenfeder 50 erreicht. Ein derartiger Aufbau ermöglicht das Beibehalten des geeigneten Eingriffs bei einer äußeren Störung, beispielsweise einem Biegen der Zahnstange 2, und somit kann die Bewegungsumsetzung wirksam ausgeführt werden.
Bei der zuvor beschriebenen Bewegungsumsetzvorrichtung sind die drei Vorschubringe 11 an der Innenseite des Drehzylinders 10 gehalten, jedoch kann die Bewegungsumsetzvorrichtung 1 einen Aufbau aufweisen, bei dem mehr als drei Vorschubringe 11 vorgesehen sind.
Die 7 und 8 zeigen ein weiteres Beispiel der erfindungsgemäßen Bewegungsumsetzvorrichtung 1, bei dem vier Vorschubringe 11 vorgesehen sind. Die 7A und 8A zeigen Seitenansichten, und die 7B und 8B zeigen geschnittene Vorderansichten.
Bei der in diesen Zeichnungen dargestellten Bewegungsumsetzvorrichtung 1 sind die beiden äußeren Vorschubringe 11 in den Befestigungslöchern 14 und 15 angeordnet, die an beiden Endflächen des Drehzylinders 10 mit dem axialen Querschnitt entsprechenden Öffnungen ausgebildet sind. Ferner sind die beiden an der inneren Seite angeordneten Vorschubringe 11 der vier Vorschubringe 11 an den Befestigungsbereichen 17 angebracht, die an der Umfangswand des Drehzylinders 10 an einer vorbestimmten Position ausgebildet sind, so dass ihre schlitzförmigen Öffnungen 17a der Seitenflächenform der Vorschubringe 11 entsprechen.
Bei der Bewegungsumsetzvorrichtung 1 nach den 7A und 7B sind die Eingriffsposition A der beiden äußeren Vorschubringe 11 und die Eingriffsposition B der beiden inneren Vorschubringe 11 um 180° zueinander versetzt gewählt. Ferner steht die als Eingriffseinstelleinrichtung dienende Einstellschraube 5 in Kontakt mit einem oder beiden inneren Vor schubringen 11. Wenn die Einstellschrauben 5 von außerhalb des Drehzylinders 10 gedreht werden, um die inneren Vorschubringe 11 mit Druck zu beaufschlagen, kann der Eingriff der vier Vorschubringe 11 kollektiv eingestellt werden.
Bei der Bewegungsumsetzvorrichtung 1 gemäß den 8A und 8B hingegen sind die Eingriffspositionen der vier Vorschubringe 11 in Umfangsrichtung jeweils um eine Phase von 120° zueinander versetzt gewählt. Ferner stehen die beiden an der Innenseite angeordneten Vorschubringe 11 in Kontakt mit der als Eingriffseinstelleinrichtung dienende Einstellschraube 5. Wenn diese Einstellschrauben 5 von außerhalb des Drehzylinders 10 relativ zueinander gedreht werden und die beiden an der Innenseite angeordneten Vorschubringe 11 in jeweilige Richtungen gedrückt werden, wird der Eingriff der vier Vorschubringe 11, 11 ... kollektiv eingestellt.
Im Folgenden werden eine Bewegungsumsetzvorrichtung und eine Servolenkvorrichtung beschrieben.
9 zeigt eine teilweise quergeschnittene Vorderansicht des Aufbaus eines wesentlichen Teils der Bewegungsumsetzvorrichtung und der Servolenkvorrichtung, bei der die Bewegungsumsetzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. 10 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des wesentlichen Teils, der den Aufbau der Bewegungsumsetzvorrichtung 1 zeigt. Der hier gezeigte Querschnitt entlang der Linie IV-IV ist ähnlich demjenigen der 4 für das erste Ausführungsbeispiel. Ferner sind in den 2 bis 8, welche das erste Ausführungsbeispiel zeigen, und in den das zweite Ausführungsbeispiel zeigenden Figuren identische oder einander entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet, und diese Teile werden nicht nochmals beschrieben.
Gemäß den 9 und 10 ist ein Lager 4 in den Drehzylinder 10 zwischen dem an einer Außenseite angeordneten Vorschubring 11 und dem mittleren Vorschubring 11 eingesetzt und gehalten. Das Lager 4 berührt die Außenfläche der Zahnstange 2, um eine auf die Zahnstange 2 wirkende radiale Last aufzunehmen. Bei dem dargestellten Beispiel ist das Lager 4 derart aufgebaut, dass die mehreren Wälzkörper mit kleinem Durchmesser an seinem Innenumfang angeordnet und gehalten sind, und die jeweiligen Wälzkörper wälzen sich in Kontakt mit dem Außenumfang der Zahnstange 2 ab, so dass das Lager 4 als Nadellager wirkt, das die radiale Belastung aufnimmt. Das Lager 4 kann jedoch ein beliebiges Lager sein, das die radiale Last aufnimmt, so dass auch ein anderes Wälzlager, beispielsweise ein Kugellager oder ein Rollenlager, verwendet werden kann. Ferner kann auch ein Gleitlager verwendet werden.
Ferner ist, wie in den Zeichnungen gezeigt, die Halteposition des Lagers 4 in dem Drehzylinder 10 mit der Position ausgerichtet, in welcher der Drehzylinder 10 an dem Motorgehäuse 30 gehalten ist, nämlich der mittels des Vier-Punkt-Kontakt-Kugellagers 13 in der axialen Richtung erzielten Halteposition. Folglich ist die Zahnstange 2 von dem Lager 4 in einer Position gehalten, an der sie im Wesentlichen mit dem Vier-Punkt-Kontakt-Kugellagers 13 in der axialen Richtung übereinstimmt.
Eine externe Kraft wie z.B. eine über die lenkbaren Räder wirkende Straßenreaktionskraft, wird auf die Zahnstange 2 aufgebracht, und die in verschiedenen Richtungen wirkende radiale Last wirkt auf diese ein, wobei jedoch bei der Bewegungsumsetzvorrichtung 1 mit dem genannten Aufbau das in den Drehzylinder 10 eingesetzte und darin gehaltene Lager 4 diese radiale Last aufnimmt. Aus diesem Grund kann die radiale Position der Zahnstange 2 in bezug auf den Drehzylinder 10 beibehalten werden, und der Eingriffszustand zwischen den am Drehzylinder 10 gehaltenen Vorschubringen 11 und der auf dem Außenumfang der Zahnstange 2 ausgebildeten Gewindenut 12 wird zufriedenstellend beibehalten. Daher kann die Bewegungsumsetzung sicher durchgeführt werden.
Die Gewindenut 12 ist auf der Außenumfangsfläche der Zahnstange 2 ausgebildet, auf der das Lager 4 rollt und welche es berührt, und somit bewegt sich ein Schulterbereich der Gewindenut 12, der mit dem Lager 4 zusammengreift, nicht in axialer Richtung in Bezug auf das Lager 4. Daher wird keine Reibung durch Gleitkontakt mit der Gewindenut 12 im Lager 4 erzeugt, so dass der zufriedenstellende Abstützzustand stabil beibehalten werden kann. Infolgedessen besteht keine Gefahr einer Beschädigung der Gewindenut 12, so dass der Zusammengriffszustand mit dem Lager 4 zufriedenstellend beibehalten werden kann.
Da ferner die durch das Lager 4 gestützte Position der Zahnstange 2 mit der durch das Vier-Punkt-Kontakt-Kugellager 13 gestützten Position des Drehzylinders 10 aufgrund der vom Lager 4 aufgenommenen radialen Last in axialer Richtung ausgerichtet ist, besteht keine Gefahr, dass ein Drehmoment in axialer Richtung um die Stützposition des Vier-Punkt-Kontakt-Kugellagers 13 im Drehzylinder 10 erzeugt wird. Daher ist der Stützzustand des Drehzylinders 10 und der Vorschubringe 11 im Drehzylinder 10 stabil, so dass die genannte Bewegungsumsetzung noch sicherer erfolgen kann.
Da das Lager 4 vorgesehen ist, ist es ferner nicht erforderlich, dass jeder der Vorschubringe 11 die radiale Last aufnimmt, und somit ist es möglich, dass der Vorschubring 11 lediglich eine Kraft aufnimmt, die auf den Bereichs des Eingriffs in die Gewindenut 12 wirkt. Daher können die Vorschubringe 11 und der diese haltende Drehzylinder 10 miniaturisiert werden, und die Bewegungsumsetzvorrichtung 1 sowie der Motor 3 mit der genannten Struktur können kompakt und koaxial um die Zahnstange 2 angeordnet werden.
11 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des Vorschubrings 11 der Bewegungsumsetzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Gemäß 11 ist der Innenring des Vorschubrings 11 derart ausgebildet, dass auf beiden Seiten des zum Eingriff in die Gewindenut 12 mit einem halbkreisförmigen Querschnitt versehenen Eingriffsvorsprungs 11a Kragenränder 11b ausgebildet sind. Die Breite W₁ des Innenrings einschließ lich der Kragenränder 11b ist schmaler als die Breite W₂ des Außenrings gewählt. Da der Vorschubring 11 in den Befestigungslöchern 14 und 15 oder auf dem Befestigungsbereich 17 des Drehzylinders 10 mit geneigter axialer Mitte angebracht ist, sind, wie zuvor erwähnt, Bereiche der Unterseite der Befestigungslöcher 14 und 15 oder der Seitenfläche des Befestigungsbereichs 17 dem Seitenrand des Innenrings des Vorschubrings 11 zugewandt. Wenn jedoch die Breite W₁ wie erwähnt gewählt ist, berührt der Innenring des Vorschubrings 11 nicht die Unterseite der Befestigungslöcher 14 oder 15 oder die Seitenfläche des Befestigungslochs 17, und es besteht keine Gefahr einer Behinderung der Rollbewegung des Vorschubrings 11 entlang der Gewindenut 12.
Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sind drei Vorschubringe 11 im Drehzylinder 10 gehalten, jedoch können bei der Bewegungsumsetzvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung auch zwei oder drei oder mehr Vorschubringe 11 vorgesehen sein.
12 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der Bewegungsumsetzvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem zwei Zuführringe 11 vorgesehen sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Zuführringe 11 in die an beiden Endflächen des Drehzylinders 10 ausgebildeten Befestigungslöcher 14 und 15 gedrückt, wobei sie in entgegengesetzten Richtungen geneigt sind, und sind durch mit der Innenfläche der Befestigungslöcher 14 und 15 zusammengreifende Verriegelungsringe 14 und 15 gehalten, so dass sie nicht herausgleiten. Die beiden Vorschubringe 11 greifen mit der am Außenumfang der Zahnstange 2 ausgebildeten Gewindenut 12 zusammen, wobei die an den Innenflächen der Vorschubringe 11 vorgesehenen Eingriffsvorsprünge 11a an Positionen eingreifen, die mit einer Phasendifferenz von 180° in der Umfangsrichtung angeordnet sind.
Ferner ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 12 das Lager 4 derart in den Drehzylinder 10 eingesetzt und in diesem festgelegt, dass es zwischen den beiden Vorschubringen 11 positioniert ist, und das Lager 4 kontaktiert die Außenumfangsfläche der Zahnstange 2 und nimmt die von der Zahnstange 2 zugeführte radiale Last auf.
Die Drehung des Drehzylinders 10, die von dem Lenkunterstützungsmotor 3 her übertragen wird, wird in eine in Axialrichtung verlaufende Bewegung der Zahnstange 2 zwischen den beiden Vorschubringen 11 und der Gewindenut 12 umgesetzt, jedoch kann, da die zu dieser Zeit auf die Zahnstange 2 aufgebrachte radiale Last von dem Lager 4 aufgenommen wird, die Bewegungsumsetzung auch ohne Verwendung groß bemessener Vorschubringe 11 sicher ausgeführt werden.
Es wurden hier Anwendungsbeispiele beschrieben, die zum Übertragen der Drehung des Lenkunterstützungsmotors 3 auf die bewegbare Zahnstange 2 bei einer Servolenkvorrichtung vom Zahnstangengetriebetyp verwendet werden, jedoch ist die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehene Bewegungsumsetzvorrichtung 1 nicht darauf beschränkt. Somit kann die Bewegungsumsetzvorrichtung 1 auf verschiedene Arten von Servolenkvorrichtungen angewendet werden, die so aufgestaltet sind, dass die Drehung eines zum Lenken vorgesehenen Lenkunterstützungsmotors durch Bewegung in axialer Richtung auf eine Lenkwelle übertragbar ist. Ferner kann die Vorrichtung selbstverständlich auf jeglichen Übertragungsmechanismus angewendet werden, bei dem eine Umsetzung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung oder einer Linearbewegung in eine Drehbewegung erforderlich ist.
Bei der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Bewegungsumsetzvorrichtung gemäß den 1-8 sind die drei oder mehr Vorschubringe im Drehzylinder gehalten, der um seine Achse dreht, und die beiden axial äußeren Vorschubringe sind in die an den beiden Endflächen des Drehzylinders ausgebildeten Befestigungsbereiche eingesetzt, während der mittlere Vorschubring zur Befestigung in den Befestigungsbereich geschoben wird, der an einer vorbestimmten, auf mittlerer Länge gelegenen Position des Drehzylinders mit einer schlitzförmigen Öffnung versehen ist. Ihre Innenumfangsflächen greifen somit mit der am Außenumfang der Bewegungswelle gebildeten Gewindenut zusammen. Dadurch wird die Verarbeitung und die Montage der Vorschubringe vereinfacht, so dass die Anzahl von Arbeitsschritten reduziert werden kann. Ferner ist die Position des mittleren Vorschubrings derart eingestellt, dass ihre Festigkeit durch die äußeren Vorschubringe aufrechterhalten wird, deren gesamte Außenumfangsbereiche umschlossen sind, so dass ein geeigneter Eingriffszustand hergestellt werden kann. Daher ist der feste Eingriff zwischen den im Drehzylinder gehaltenen Vorschubringen und der am Außenumfang der Bewegungswelle ausgebildeten Gewindenut sicher realisierbar, und die Umsetzung der Drehbewegung des Drehzylinders in die Linearbewegung der Bewegungswelle und umgekehrt kann wirksam und sicher erfolgen.
Da ferner die Eingriffsposition des mittleren Rings und die Eingriffsposition der beiden äußeren Vorschubringe an verschiedenen Positionen in Umfangsrichtung vorgesehen sind, werden, wenn der mittlere Vorschubring gedrückt wird und der Eingriff durch die Betätigung der Eingriffseinstellvorrichtung eingestellt wird, wird der Eingriff der beiden äußeren Vorschubringe kollektiv in geeigneter Weise hergestellt, wodurch die Schwierigkeiten und der Arbeitsaufwand des Einstellens verringert werden.
Bei der Servolenkvorrichtung gemäß den 1-8 dient die Bewegungsumsetzvorrichtung dem Umsetzen der Drehung des Lenkunterstützungsmotors in die axial gerichtete Bewegung der Lenkwelle. Daher kann ein sich vom Motor zur Lenkwelle erstreckender Übertragungsmechanismus in kompakter Weise um die Lenkwelle herum vorgesehen werden, und somit wird die Übertragung der Lenkwelle sicher und wirksam durchgeführt. Darüber hinaus kann eine geräuscharme Vorrichtung verwirklicht werden, bei der die Betriebsgeräusche leise sind, so dass die vorliegende Erfindung ausgezeichnete Resultate erbringt.
Bei der Bewegungsumsetzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird das im Drehzylinder eingesetzte und gehaltene Lager in Kontakt mit dem Außenumfang der Bewegungswelle gebracht, so dass es die auf die Bewegungswelle aufgebrachte radiale Last aufnimmt. Daher ist es nicht erforderlich, dass die Vorschubringe, die in die auf dem Außenumfang der Bewegungswelle ausgebildete Gewindenut eingreifen, die radiale Last aufnehmen. Somit kann durch den kompakten Aufbau, bei dem Vorschubringe kleiner Größe verwendet werden, die Drehbewegung des Drehzylinders sicher in die Linearbewegung der Bewegungswelle umgesetzt werden, und umgekehrt. Da sich ferner die relative Eingriffsposition zwischen dem Schulterbereich der Gewindenut und den Vorschubringen nicht in Bezug auf den ihre Außenseite drehenden Drehzylinder verändert, berührt die Gewindenut das Lager ohne Veränderung der relativen Position. Daher wird keine Reibung aufgrund des Gleitkontakt dieser Teile erzeugt und der zufriedenstellende Abstützungszustand stabil aufrechterhalten.
Ferner wird, da das Lager in dem Drehzylinder an einer Position angeordnet ist, an der es mit der Stützposition des Drehzylinders an dem Gehäuse ausgerichtet ist, in dem Drehzylinder kein Drehmoment aufgrund der auf das Lager aufgebrachten radialen Belastung erzeugt. Infolgedessen kann die Drehbewegung des Drehzylinders sicherer in die Linearbewegung der Bewegungswelle umgesetzt werden und umgekehrt.
Da bei der Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die oben beschriebene Bewegungsumsetzvorrichtung verwendet wird, kann ferner ein sich von dem Lenkunterstützungsmotor zur Lenkwelle erstreckender Übertragungsmechanismus kompakt um die Lenkwelle angeordnet werden. Die Übertragung an die Lenkwelle erfolgt wirksam und sicher, und es kann ein geräuscharmer Betrieb, d.h. ein nur geringes Betriebsgeräusch, realisiert werden, so dass die vorliegende Erfindung ausgezeichnete Resultate erbringt.

Claims

Bewegungsüberführungsvorrichtung (1) mit: einer Bewegungswelle (2), die in Axialrichtung bewegbar in einem Gehäuse (20) gelagert ist und die eine an einer Umfangsfläche ausgebildete Gewindenut (12) aufweist; einem Drehzylinder (10), der um seine Achse drehbar in dem Gehäuse (20) gelagert ist, wobei er die Bewegungswelle (2) koaxial umschließt; und einem Zuführring (11), dessen axiale Mitte um einen Winkel schräggestellt ist, der dem Anschnittwinkel der Gewindenut (12) im Wesentlichen gleich ist, wobei der Zuführring exzentrisch innerhalb des Drehzylinders (10) gehalten ist und an einer Umfangsposition seiner Innenumfangsfläche mit der Gewindenut (12) zusammengreift; wodurch eine Rollbewegung des Zuführrings (11) entlang der Gewindenut (12) eine Drehung des Drehzylinders (10) in eine Axialbewegung der Bewegungswelle (2) überführt oder die Axialbewegung der Bewegungswelle (2) in eine Drehbewegung des Drehzylinders (10) überführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsüberführungsvorrichtung ferner ein in dem Drehzylinder (10) angeordnetes Lager (4) aufweist, um durch Inkontaktkommen mit dem Umfang der Bewegungswelle (2) eine auf die Bewegungswelle (2) aufgebrachte radiale Last aufzunehmen, wobei eine Position, in der das Lager (4) innerhalb des Drehzylinders (10) gehalten ist, mit einer Lagerposition des Drehzylinders (10) innerhalb des Gehäuses (20) in Axialrichtung ausgerichtet ist.
Servolenkvorrichtung mit: einem Motor (3), der gemäß einer Lenkbewegung angetrieben wird; einer Lenkwelle (2), die in Axialrichtung bewegbar in einem Gehäuse (20) gelagert ist und eine an einer Umfangsfläche ausgebildete Gewindenut (12) aufweist; einem Drehzylinder (10), der um seine Achse drehbar in dem Gehäuse (20) gelagert ist, wobei er die Lenkwelle (2) koaxial umschließt, und der durch Transmission von dem Motor (3) gedreht wird; und einem Zuführring (11), dessen axiale Mitte um einen Winkel schräggestellt ist, der dem Anschnittwinkel der Gewindenut (12) im Wesentlichen gleich ist, wobei der Zuführring exzentrisch innerhalb des Drehzylinders (10) gehalten ist und an einer Umfangsposition seiner Innenumfangsfläche mit der Gewindenut (12) zusammengreift; wodurch eine Rollbewegung des Zuführrings (11) entlang der Gewindenut (12) eine durch die Transmission des Motors (3) erzeugte Drehung des Drehzylinders (10) in eine in Axialrichtung verlaufende Bewegung der Lenkwelle (2) überführt, um den Lenkvorgang zu unterstützen; dadurch gekennzeichnet, dass die Servolenkvorrichtung ferner ein in dem Drehzylinder (10) angeordnetes Lager (4) aufweist, um durch Inkontaktkommen mit dem Umfang der Lenkwelle (2) eine auf die Lenkwelle (2) aufgebrachte radiale Last aufzunehmen, wobei eine Position, in der das Lager (4) innerhalb des Drehzylinders (10) gehalten ist, mit einer Lagerposition des Drehzylinders (10) innerhalb des Gehäuses (20) in Axialrichtung ausgerichtet ist.