EP3538421A1 - Zahnstangenlenkung mit einteiligem getriebegehäuse - Google Patents

Zahnstangenlenkung mit einteiligem getriebegehäuse

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EP3538421A1
EP3538421A1 EP17797613.1A EP17797613A EP3538421A1 EP 3538421 A1 EP3538421 A1 EP 3538421A1 EP 17797613 A EP17797613 A EP 17797613A EP 3538421 A1 EP3538421 A1 EP 3538421A1
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EP
European Patent Office
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steering
pinion
rack
shaft
housing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17797613.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Philippe Steck
Patrick Baumgartner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
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Publication date
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Definitions

  • a rack and pinion drive unit which comprises a composite of at least two parts housing, wherein a portion for the pinion housing and a portion for the rack housing are provided, which are joined together and connected to a single housing.
  • This design proves to be problematic in that a very accurate fit of the housing halves is needed. A slight distortion of the housing parts causes a gap is formed in which collects dirt.
  • a rack and pinion steering system for a motor vehicle comprising a connected to a steering shaft pinion shaft having a steering pinion which meshes with a displaceably mounted in a transmission housing along a longitudinal axis rack for pivoting steerable wheels, and with an electric motor, the pinion shaft via a reduction gear, provided, wherein the rack, pinion shaft and the reduction gear form an overall assembly, wherein the overall assembly is received in the transmission housing, and wherein the transmission housing is integrally formed. Due to the one-piece design of the transmission housing can be dispensed with a seal between the steering gear housing and drive gear housing.
  • the reduction gear is a worm gear, wherein a worm wheel of the worm gear concentrically surrounds the pinion shaft and is rotatably connected thereto.
  • FIG. 2 a three-dimensional view of the steering gear from FIG. 1,
  • Fig. 3 a first spatial representation of the housing of the steering gear from FIG. 1
  • Fig. 5 a perspective view of a housing according to a second embodiment, as well
  • a steering shaft 2 serves to transmit the steering movements carried out by a driver of the motor vehicle on the steering wheel 3 to a rack-and-pinion steering gear 4.
  • the rack-and-pinion steering gear 4 converts the rotational movement of the steering shaft 2 into a movement of a toothed rack 5, as a result of which a wheel 7 articulated on a track rod 6 the vehicle performs a steering angle.
  • the rotational movement of the steering shaft 2 is converted via a steering pinion 8, which meshes with the rack 5 in a toothed region, in a translational movement of the rack 5.
  • the rack 5 is mounted axially movable in a first portion of a transmission housing 10.
  • a reduction gear 11 and an electric servo motor 12 are arranged on a steering shaft remote side of the rack 5.
  • the servomotor 12 acts on the reduction gear 11 on the steering pinion 8 for steering assistance.
  • the steering pinion 8 is arranged on a pinion shaft 80, which has a steering shaft close end 130 and a steering shaft distal end 1300.
  • the end near the steering shaft 130 is connected to a torsion bar 115, as shown in FIG. 6, which connects the pinion shaft 80 to an input shaft 113, which, in turn, is non-rotatably connected to the steering wheel 3 via the steering shaft 2.
  • the torsion bar 115 causes a relative rotation between the input shaft 113 and the pinion shaft 80 as a function of the steering wheel torque.
  • the torsion bar 115 is part of a torque sensor 13 which determines the steering torque applied to the steering wheel 3 to actuate the electric motor 12.
  • the pinion shaft 80 is rotatably mounted in a bearing 14 in a second portion of the transmission case 10 between the steering pinion 8 and the end remote from the shaft shaft 1300. Between pinion 8 and bearing 14, the pinion shaft 80 has a taper 17 whose diameter is smaller than that of the steering pinion 8 and a bearing seat 140 of the bearing 14 or as the remaining diameter of the pinion shaft 80.
  • the taper 17 closes be preferably directly to the steering pinion 8.
  • a worm wheel 15 of the reduction gear 11 is provided, that the pinion shaft 80 concentrically surrounds and is rotatably connected thereto.
  • the electric servomotor 12 drives a worm shaft 16, which meshes with the worm wheel 15 arranged on the pinion shaft 80.
  • the worm shaft 16 and the worm wheel 15 are surrounded by third and fourth portions of the transmission case 10.
  • the transmission housing 10 also receives the torque sensor 13 in a fifth section.
  • the servomotor can also be mounted on the underside of the steering gear, which is particularly space-saving. As the bottom is the side of the steering gear 4 in the direction of the road 70 to understand.
  • the taper of the pinion shaft simplifies the assembly of the steering gear so that the rack 5 can be pushed past the pinion shaft 80 in the region of the taper 17. After the rack 5 is received in the transmission housing 10, the pinion shaft 80 is pressed down in the direction of the roadway 70 to bring the steering pinion 8 in engagement with the teeth 9 of the rack 5.
  • the worm shaft 16, which meshes with the worm wheel 15, is provided in the third section 103.
  • the third section 103 is almost parallel to the first section 101.
  • the third section 103 can transition into the fifth section 105, so that the third section with the reduction gear lies above the rack 5 and thus further away from the roadway 70 is arranged.
  • the sealing point between the third and fourth sections 103, 104, the drive gear housing, and the first and second sections 101, 102, the steering gear housing is eliminated. Due to the arrangement of the reduction gear below the rack, the contamination-sensitive sensor area of the torque sensor is spatially separated from the greased area of the reduction gear.
  • a one-piece housing is very cost-effective to produce and it brings significant weight savings.
  • the transmission housing 10 is preferably a cast housing made of aluminum or magnesium or plastic.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the transmission housing 10.
  • the reduction gear 11 is arranged in the region of the torque sensor 13 or in the immediate vicinity of the torque sensor 13 and is in operative connection with the pinion shaft between the input shaft and the steering pinion.
  • the one-piece gear housing 10 has both the drive gear housing and the steering gear housing.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkung für ein Kraftfahrzeug umfassend, eine mit einer Lenkwelle (2) verbundene Ritzelwelle, die ein Lenkritzel (8) aufweist, welches mit einer in einem Getriebegehäuse (10) entlang einer Längsachse verschieblich gelagerten Zahnstange (5) zur Verschwenkung von lenkbaren Rädern in Eingriff steht, und mit einem Elektromotor (12), der die Ritzelwelle über ein Untersetzungsgetriebe (11) antreibt, wobei die Gesamtanordnung von Zahnstange, Ritzelwelle und Untersetzungsgetriebe in dem Getriebegehäuse (10) aufgenommen ist, und wobei das Getriebegehäuse (10) einteilig ist.

Description

Zahnstangenlenkung mit einteiligem Getriebegehäuse
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Gattungsgemäße Zahnstangenlenkungen weisen eine in einem Getriebegehäuse linear beweglich geführte Zahnstange und ein drehbar gelagertes Lenkritzel auf, das mit der Zahnstange in Eingriff steht. Das von einem Fahrer auf ein Lenkrad ausgeübte Lenkdrehmoment wird über eine Lenkwelle auf eine Eingangswelle des Lenkgetriebes übertragen. Die Eingangswelle des Lenkgetriebes ist mit einem Lenkritzel verbunden, das mit der Zahnstange kämmt. Eine Drehung der Eingangswelle und des Lenkritzels wird über den Zahneingriff der Zahnstange in eine Linearbewegung der Zahnstange umgewandelt. An der Zahnstange sind Spurstangen angelenkt, mit deren Hilfe die gelenkten Räder um einen Einschlagwinkel verstellt werden. Die Drehung des Lenkrades wird so in eine Lenkbewegung der gelenkten Räder umgesetzt. Bei elektrisch unterstützten Zahnstangenlenkungen ist ein Servomotor vorgesehen, der beispielsweise mittels eines mechanischen Untersetzungsgetriebes mit Schnecke und Schneckenrad auf das Lenkritzel einwirkt und somit den Fahrer bei einem Lenkmanöver unterstützt.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2011 001 217 AI offenbart ein Lenksystem, das einen elektrischen Lenkantrieb aufweist, dessen Drehbewegungen über ein Untersetzungsgetriebe auf ein Lenkgestänge übertragen werden. Das Lenksystem hat ein mehrteiliges Gehäuse, dessen Gehäuseteile sowohl das Lenkgestänge, das Schneckengetriebe und den Lenkantrieb umgeben. Dabei sind das Antriebsgetriebegehäuseteil, das das Schneckengetriebe umgibt und das Lenk- getriebegehäuseteil, das das Lenkgestänge umgibt, über Schraubverbindungen miteinander verbunden. In dem Kontaktbereich zwischen den beiden Gehäuseteilen ist ein Dichtring vorgesehen, so dass das Eindringen von Feuchtig- keit und Staub aus der Umgebung in das Gehäuse vermieden werden kann. Eine derartige Schmutzdichtung in einer stark korrosiven Umgebung wird allerdings als nicht ausreichend angesehen.
Aus der DE 233657 AI ist eine Zahnstangenantriebseinheit bekannt, die ein aus mindestens zwei Teilen zusammengesetztes Gehäuse aufweist, wobei ein Abschnitt für das Ritzelgehäuse und ein Abschnitt für das Zahnstangengehäuse vorgesehen sind, die zusammengefügt werden und miteinander zu einem einheitlichen Gehäuse verbunden werden. Problematisch erweist sich diese Konstruktion dahingehend, dass eine sehr genaue Passung der Gehäusehälften benötigt wird . Ein leichtes Verziehen der Gehäuseteile führt dazu, dass sich ein Spalt bildet in dem sich Schmutz sammelt.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zahnstangenlenkung für ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebegehäuse anzugeben, welches in konstruktiv einfacher Weise gut gegenüber der Umgebung abgedichtet ist.
Demnach ist eine Zahnstangenlenkung für ein Kraftfahrzeug umfassend, eine mit einer Lenkwelle verbundene Ritzelwelle, die ein Lenkritzel aufweist, welches mit einer in einem Getriebegehäuse entlang einer Längsachse verschieblich gelagerten Zahnstange zur Verschwenkung von lenkbaren Rädern in Eingriff steht, und mit einem Elektromotor, der die Ritzelwelle über ein Untersetzungsgetriebe antreibt, vorgesehen, wobei die Zahnstange, Ritzelwelle und das Untersetzungsgetriebe eine Gesamtanordnung bilden, wobei die Gesamtanordnung in dem Getriebegehäuse aufgenommen ist, und wobei das Getriebegehäuse einteilig ausgebildet ist. Durch die einteilige Ausgestaltung des Getriebegehäuses kann auf eine Abdichtung zwischen Lenkgetriebegehäuse und Antriebsgetriebegehäuse verzichtet werden.
Es ist bevorzugt, wenn die Ritzelwelle an ihrem lenkwellennahen Ende mit einem Torsionsstab verbunden ist, der die Ritzelwelle mit einer Eingangswelle verbindet, wobei der Torsionsstab Teil eines Drehmomentsensors ist, der das zur Ansteuerung des Elektromotors benötigte am Lenkrad aufgebrachte Lenkmoment bestimmt und wobei der Drehmomentsensor ebenfalls in dem einteili- gen Getriebegehäuse aufgenommen ist. Das einteilige Gehäuse ist gegenüber herkömmlichen mehrteiligen Gehäusen günstiger und auch deutlich leichter.
Vorzugsweise ist das Untersetzungsgetriebe an einem lenkwellenfernen Ende der Ritzelwelle angeordnet. Dabei ist es bevorzugt, wenn das Untersetzungsgetriebe und der Elektromotor auf der gegenüberliegenden Seite der Zahnstange von dem Drehmomentsensor angeordnet sind. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Untersetzungsgetriebe näher zur Fahrbahn und zwar unterhalb der Zahnstange angeordnet ist und somit von dem verschmutzungsempfindlichen Sensorbereich des Drehmomentsensors räumlich getrennt ist.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das Untersetzungsgetriebe ein Schneckengetriebe ist, wobei ein Schneckenrad des Schneckengetriebes die Ritzelwelle konzentrisch umgibt und mit dieser drehfest verbunden ist.
Vorzugsweise ist die Ritzelwelle in einem Lager drehbar in dem einteiligen Getriebegehäuse gelagert.
Es ist bevorzugt, wenn das einteilige Getriebegehäuse ein Gussgehäuse aus Aluminium oder Magnesium oder Kunststoff ist.
Zwei bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleichartige oder gleichwirkende Bauteile werden in den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Es zeigen :
Fig . 1 : eine schematische Darstellung einer Zahnstangenlenkung,
Fig . 2 : eine räumliche Ansicht des Lenkgetriebes aus Fig . 1,
Fig . 3 : eine erste räumliche Darstellung des Gehäuses des Lenkgetriebes aus Fig. l, eine zweite räumliche Darstellung des Gehäuses des Lenkgetriebes aus Fig. 1, Fig . 5 : eine räumliche Ansicht eines Gehäuses gemäß einer zweiten Ausführungsform, sowie
Fig . 6: ein Längsschnitt der Zahnstangenlenkung
In der Figur 1 ist schematisch eine Zahnstangenlenkung 1 eines Kraftfahrzeuges gezeigt. Eine Lenkwelle 2 dient der Übertragung der von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs am Lenkrad 3 ausgeführten Lenkbewegungen auf ein Zahn- stangenlenkgetriebe 4. Das Zahnstangenlenkgetriebe 4 setzt die Drehbewegung der Lenkwelle 2 in eine Bewegung einer Zahnstange 5 um, wodurch ein an einer Spurstange 6 angelenkte Rad 7 des Fahrzeugs einen Lenkeinschlag ausführt. Die Drehbewegung der Lenkwelle 2 wird über ein Lenkritzel 8, das mit der Zahnstange 5 in einem Verzahnungsbereich kämmt, in eine translatorische Bewegung der Zahnstange 5 umgesetzt. Die Zahnstange 5 ist in einem ersten Abschnitt eines Getriebegehäuses 10 axial beweglich gelagert. Auf einer lenkwellenfernen Seite der Zahnstange 5 sind ein Untersetzungsgetriebe 11 und ein elektrischer Servomotor 12 angeordnet. Der Servomotor 12 wirkt über das Untersetzungsgetriebe 11 auf das Lenkritzel 8 zur Lenkunterstützung . Das Lenkritzel 8 ist auf einer Ritzelwelle 80 angeordnet, die ein lenkwellennahes Ende 130 und ein lenkwellenfernes Ende 1300 aufweist. Das lenkwellennahe Ende 130 ist mit einem Torsionsstab 115, wie in Figur 6 dargestellt, verbunden, der die Ritzelwelle 80 mit einer Eingangswelle 113 verbindet, die wieder- rum mit dem Lenkrad 3 über die Lenkwelle 2 drehfest in Verbindung steht. Der Torsionsstab 115 bewirkt in Abhängigkeit vom Lenkraddrehmoment eine relative Verdrehung zwischen der Eingangswelle 113 und der Ritzelwelle 80. Der Torsionsstab 115 ist Teil eines Drehmomentsensors 13, der das zur Ansteue- rung des Elektromotors 12 benötigte am Lenkrad 3 aufgebrachte Lenkmoment bestimmt. Die Ritzelwelle 80 ist zwischen dem Lenkritzel 8 und dem lenkwellenfernen Ende 1300 in einem Lager 14 drehbar in einem zweiten Abschnitt des Getriebegehäuses 10 gelagert. Zwischen Lenkritzel 8 und Lager 14 weist die Ritzelwelle 80 eine Verjüngung 17 auf, deren Durchmesser geringer ist als der des Lenkritzels 8 und eines Lagersitzes 140 des Lagers 14 oder als der restliche Durchmesser der Ritzelwelle 80. Die Verjüngung 17 schließt sich be- vorzugt unmittelbar an das Lenkritzel 8 an. Am lenkwellenfernen Ende 1300 der Ritzelwelle 80 ist ein Schneckenrad 15 des Untersetzungsgetriebes 11 vorgesehen, dass die Ritzelwelle 80 konzentrisch umgibt und mit dieser drehfest verbunden ist. Der elektrische Servomotor 12 treibt eine Schneckenwelle 16 an, die mit dem auf der Ritzelwelle 80 angeordneten Schneckenrad 15 kämmt. Die Schneckenwelle 16 und das Schneckenrad 15 sind von einem dritten und vierten Abschnitt des Getriebegehäuses 10 umgeben. Das Getriebegehäuse 10 nimmt zudem in einem fünften Abschnitt den Drehmomentsensor 13 auf.
Da das Schneckengetriebe am lenkwellenfernen Ende 1300 der Ritzelwelle 80 und somit unterhalb des Ritzels liegend angeordnet ist, kann der Servomotor ebenfalls auf der Unterseite des Lenkgetriebes angebracht werden, was besonders platzsparend ist. Als Unterseite ist dabei die Seite des Lenkgetriebes 4 in Richtung der Fahrbahn 70 zu verstehen.
Die Verjüngung der Ritzelwelle vereinfacht die Montage des Lenkgetriebes derart, dass die Zahnstange 5 an der Ritzelwelle 80 im Bereich der Verjüngung 17 vorbeigeschoben werden kann. Nachdem die Zahnstange 5 in dem Getriebegehäuse 10 aufgenommen ist, wird die Ritzelwelle 80 nach unten in Richtung der Fahrbahn 70 gedrückt um das Lenkritzel 8 in Eingriff mit der Verzahnung 9 der Zahnstange 5 zu bringen.
In der Figur 2 ist in einer zweiten Ansicht die Lage des Untersetzungsgetriebes 11 und des Servomotors 12 unterhalb der Zahnstange 5, also näher zur Fahrbahn 70 liegend, mit dem Getriebegehäuse 10 dargestellt.
Die Figuren 3 und 4 zeigen zwei unterschiedliche Ansichten des Getriebegehäuses 10. Das Getriebegehäuse 10 ist einteilig ausgestaltet. Dichtstellen können so vermieden werden. Das Getriebegehäuse 10 weist den ersten Abschnitt 101, den zweiten Abschnitt 102, den dritten Abschnitt 103, den vierten Abschnitt 104 und den fünften Abschnitt 105 auf. Im ersten Abschnitt 101 ist die Zahnstange 5 entlang einer Längsachse A verschieblich gelagert. Im fünften Abschnitt 105 wird die Eingangswelle 113 mit dem Torsionsstab 115 aufgenommen. Der fünfte Abschnitt 105 geht in den zweiten Abschnitt 102 über, in welchem die Ritzelwelle 80 mit dem Lenkritzel drehbar gelagert ist. Der zweite Abschnitt 102 geht in den vierten Abschnitt 104 über, in welchem das Schneckenrad 15 angeordnet ist. Die Schneckenwelle 16, die mit dem Schneckenrad 15 kämmt, ist im dritten Abschnitt 103 vorgesehen. Der dritte Abschnitt 103 ist nahezu parallel zum ersten Abschnitt 101. Der dritte Abschnitt 103 kann, wie in Figur 5 dargestellt, in den fünften Abschnitt 105 übergehen, sodass der dritte Abschnitt mit dem Untersetzungsgetriebe oberhalb der Zahnstange 5 liegt und damit weiter entfernt zur Fahrbahn 70 angeordnet ist. Insbesondere die Dichtstelle zwischen dem dritten und vierten Abschnitt 103, 104, dem Antriebsgetriebegehäuse, und dem ersten und zweiten Abschnitt 101,102, dem Lenkgetriebegehäuse, entfällt. Durch die Anordnung des Untersetzungsgetriebes unterhalb der Zahnstange wird der verschmutzungsempfindliche Sensorbereich des Drehmomentsensors vom gefetteten Bereich des Untersetzungsgetriebes räumlich getrennt. Zudem ist ein einteiliges Gehäuse sehr kosteneffizient herzustellen und es bringt deutliche Gewichtsersparnis.
Das Getriebegehäuse 10 ist vorzugsweise ein Gussgehäuse aus Aluminium oder Magnesium oder Kunststoff.
In der Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform des Getriebegehäuses 10 dargestellt. Das Untersetzungsgetriebe 11 ist im Bereich des Drehmomentsensors 13 bzw. in unmittelbarer Nähe zum Drehmomentsensor 13 angeordnet und steht in Wirkverbindung mit der Ritzelwelle zwischen der Eingangswelle und dem Lenkritzel . Auch hier weist das einteilige Getriebegehäuse 10 sowohl das Antriebsgetriebegehäuse als auch das Lenkgetriebegehäuse auf.

Claims

Patentansprüche
Zahnstangenlenkung für ein Kraftfahrzeug umfassend, eine mit einer Lenkwelle (2) verbundene Ritzelwelle (80), die ein Lenkritzel (8) aufweist, welches mit einer in einem Getriebegehäuse (10) entlang einer Längsachse (A) verschieblich gelagerten Zahnstange (5) zur Verschwen- kung von lenkbaren Rädern (7) in Eingriff steht, und mit einem Elektromotor (12), der die Ritzelwelle über ein Untersetzungsgetriebe (11) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (5), die Ritzelwelle (80) und das Untersetzungsgetriebe (11) eine Gesamtanordnung bilden, wobei die Gesamtanordnung in dem Getriebegehäuse (10) aufgenommen ist, wobei das Getriebegehäuse (10) einteilig ausgebildet ist.
Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ritzelwelle (80) an ihrem lenkwellennahen Ende mit einem Torsionsstab (115) verbunden ist, der die Ritzelwelle (80) mit einer Eingangswelle (113) verbindet, wobei der Torsionsstab (115) Teil eines Drehmomentsensors (13) ist, der das zur Ansteuerung des Elektromotors (12) benötigte an einem Lenkrad (3) aufgebrachte Lenkmoment bestimmt und wobei der Drehmomentsensor (13) ebenfalls in dem einteiligen Getriebegehäuse (10) aufgenommen ist.
Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (11) an einem lenkwellenfernen Ende (1300) der Ritzelwelle (80) angeordnet ist.
Zahnstangenlenkung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (11) und der Elektromotor (12) auf der gegenüberliegenden Seite der Zahnstange (5) von dem Drehmomentsensor (13) angeordnet sind .
5. Zahnstangenlenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (11) ein Schneckengetriebe ist, wobei ein Schneckenrad (15) des Schneckengetriebes die Ritzelwelle (80) konzentrisch umgibt und mit dieser drehfest verbunden ist.
6. Zahnstangenlenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ritzelwelle (80) in einem Lager (14) drehbar in dem einteiligen Getriebegehäuse (10) gelagert ist.
7. Zahnstangenlenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einteilige Getriebegehäuse (10) ein Gussgehäuse aus Aluminium oder Magnesium oder Kunststoff ist.
EP17797613.1A 2016-11-09 2017-11-08 Zahnstangenlenkung mit einteiligem getriebegehäuse Withdrawn EP3538421A1 (de)

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EP (1) EP3538421A1 (de)
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