EP4013662A1 - Zahnstangen-lenkung sowie kraftfahrzeug mit einer solchen zahnstangen-lenkung - Google Patents

Zahnstangen-lenkung sowie kraftfahrzeug mit einer solchen zahnstangen-lenkung

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EP4013662A1
EP4013662A1 EP20753932.1A EP20753932A EP4013662A1 EP 4013662 A1 EP4013662 A1 EP 4013662A1 EP 20753932 A EP20753932 A EP 20753932A EP 4013662 A1 EP4013662 A1 EP 4013662A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rack
gear housing
steering gear
pinion steering
stop element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20753932.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heiko Schumann
Christian Schillak
Jens Rogall
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.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP4013662A1 publication Critical patent/EP4013662A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H19/00—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion
    • F16H19/02—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion
    • F16H19/04—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising a rack
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0403—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by constructional features, e.g. common housing for motor and gear box
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D3/00—Steering gears
    • B62D3/02—Steering gears mechanical
    • B62D3/12—Steering gears mechanical of rack-and-pinion type
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    • B62D3/126—Steering gears mechanical of rack-and-pinion type characterised by the rack
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0421—Electric motor acting on or near steering gear
    • B62D5/0424—Electric motor acting on or near steering gear the axes of motor and final driven element of steering gear, e.g. rack, being parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/22—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
    • F16H25/2204—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls

Definitions

  • the invention relates to a rack and pinion steering system according to the preamble of claim 1, in particular for a motor vehicle.
  • a rack and pinion steering system according to the preamble of claim 1, in particular for a motor vehicle.
  • This rack and pinion steering system comprises a steering gear housing, a rack which extends through the steering gear housing, an electric motor which is coupled to the rack via a ball screw drive in order to provide an axial force thereon, and tie rod joints which are arranged at the axial ends of the rack .
  • stop elements among other things, spring elements are described, which are to be inserted from the outside into the steering gear housing.
  • the steering gear housing in two parts with a main housing and a housing cover, which are manufactured as die-cast parts due to the forces to be absorbed via the stop elements.
  • the invention is based on the object of providing a rack and pinion steering system, in particular a motor vehicle with such a rack and pinion steering system, by means of which the manufacturing costs can be reduced with equivalent functionality.
  • a rack and pinion steering system comprises a steering gear housing, a rack which extends through the steering gear housing, an electric motor which is coupled to the rack on a threaded side of the steering gear housing via a ball screw drive in order to provide an axial force thereon, and two tie rod joints which are connected to the axial ends of the rack are arranged.
  • the steering gear housing is designed in one piece in such a way that a drive insertion opening for the arrangement of the electric motor is formed on the threaded side of the steering gear housing and, on this threaded side, a direct stop surface for a Tie rod joint or a support surface for the arrangement and axial support of a separate stop element for a tie rod joint is formed.
  • the immediate stop surface or the support surface does not extend over the full circumference, but consists of one or more partial circumferential segments, so that one or more interruptions in the stop surface or support surface for the implementation of a Belt can be used.
  • the stop surface or support surface is designed as a partial circumferential segment, in particular as a partial circular ring segment, which extends over an angular range of 120 ° to 320 °, in particular over an angular range that extends over more than 180 °, preferably over an angle range of 200 ° to 300 °.
  • the invention is particularly advantageous in terms of manufacturing costs because the formation of a direct stop surface or a support surface for supporting a separate stop element makes it possible, independently of one another, to design and close a housing cover provided for closing the opening as an element that can be produced easily and inexpensively use, especially as a plastic injection molded part that does not have to absorb any forces itself.
  • a fastening arm extending in the radial and / or axial direction is formed on the threaded side of the housing, or several fastening arms extending in the radial and / or axial direction are formed on the threaded side of the housing.
  • At least one screw opening is preferably formed on each fastening arm in order to establish a screw connection between the respective fastening arm and the frame element or subframe of a motor vehicle with fastening screws.
  • the drive insertion opening is closed by means of a plastic cover, in particular if the steering gear housing has a direct contact surface or support surface and optionally also one or more fastening arms. In this case, a sufficient seal can still be guaranteed with the plastic cover.
  • those geometries which are exposed to mechanical stress, in particular due to the tie rod joint, and which forces absorb when the tie rod joint hits and must dissipate them via a frame or subframe are provided on the steering gear housing itself. In this regard, reference is made in particular to a direct stop surface or a support surface for a separate stop element and to the fastening arms.
  • the drive insertion opening can also be closed by means of a sleeve.
  • a cuff especially if it is an at least partially elastic cuff which, due to its elasticity, can be combined for use with different sizes of drive insertion openings, has the further advantage that two or more geometries of drive insertion openings can be closed with a certain type of collar so that the number of identical parts increases compared to the use of covers that are matched to the size and geometry of the drive insertion opening.
  • the manufacturing costs for rack and pinion steering systems according to the invention can thus be further reduced.
  • a support surface extending only over part of the circumference of a circular ring is formed, with a drive belt functionally arranged between the electric motor and ball screw extending through the area in which no support surface is provided.
  • a unit consisting of electric motor and drive belt is particularly simple to assemble, especially in connection with the ball screw drive, even if the electric motor with its control is to be inserted as far as possible or completely into the drive slot opening during assembly.
  • At least one support rib by means of which the support surface is enlarged in terms of area, the distribution of the force on a separate stop element supported via the support surface can be improved to the extent that the contact surface is further enlarged.
  • At least one annular disc is particularly suitable as a separate stop element, such a disc in the simplest embodiment having two flat, annular end faces formed parallel to one another.
  • a separate stop element can in principle be made of a sufficiently designed and dimensioned plastic.
  • a separate stop element made of a metallic material in particular made of the same material or a material with approximately the same coefficient of thermal expansion, is preferred.
  • Materials with approximately the same coefficient of thermal expansion are particularly considered to be materials whose deviation in the coefficient of thermal expansion is a maximum of 30 percent, more preferably a maximum of 20 percent and particularly preferably a maximum of 10 percent. This has the advantage that any non-positive fastening of the separate stop element is largely temperature-resistant and the risk is low that extreme temperatures can lead to easier detachment of the stop element from the steering gear housing.
  • the rigidity of a separate stop element can be optimized for certain applications, in particular by providing structures for stiffening and / or by conically designing the stop element. For example, through such a structural design, the stress distribution in the respective stop element can be optimized and the flexural rigidity and fatigue strength increased and / or the required material input per stop element can be minimized.
  • a separate stop element is provided for rack-and-pinion steering, this is preferably firmly connected to the steering gear housing, above all in order to avoid that a tie rod joint hitting this stop element from the outside becomes wedged with the stop element when it hits and then when the tie rod joint is deflected again Stop element is moved out of its target position.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a steering gear housing according to the invention with further elements arranged therein in a sectional illustration
  • FIG. 2 shows a representation of a steering gear housing according to the invention without further elements in an isometric representation
  • 3 shows a representation of the steering gear housing from FIG. 2 in a view according to the arrow III in FIG. 2
  • FIG. 4 shows a representation of the steering gear housing from FIGS. 2 and 3 in a view according to the arrow IV in FIG. 2,
  • FIG. 5 shows a representation of the steering gear housing from FIGS. 2 to 4 with a stop disk, a cover, a tie rod joint and fastening screws in an exploded view
  • FIGS. 2 to 5 shows a detail of the steering gear housing from FIGS. 2 to 5
  • FIG. 9 shows a further alternative design variant of a stop disk with a two-sided conical geometry
  • FIG. 10 shows another alternative design variant of a stop disk with a geometry that is conical on one side.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a rack and pinion steering 10 with a steering gear housing 12 according to the invention, a rack 14 which extends through the steering gear housing 12 and an electric motor 16 which is coupled to the rack 14 on a threaded side 18 of the steering gear housing 12 via a ball screw 20.
  • the connection between the electric motor 16 and the ball screw drive 20 is established via a motor shaft 22 and a belt drive 24 that transmits the drive torque of the electric motor 16.
  • the functional connection between electric motor 16 and ball screw drive 20 can also be established with other suitable transmission elements.
  • the toothed rack 14 on the side opposite the threaded side 18 in the embodiment shown has a toothing (not shown) on which a pinion 28 arranged at the lower end of a steering shaft 26 engages.
  • a steering torque can be applied manually by a driver of a motor vehicle, not shown. If necessary, this steering torque can be supported with the aid of the electric motor 16 by an auxiliary steering torque in that a displacement of the rack 14 is supported via the ball screw drive 20.
  • a first fastening arm 36 which extends in the axial direction and in the radial direction, and a second fastening arm 38, which extends predominantly in the radial direction, are only shown schematically in FIG. 1. Furthermore, on the steering gear housing 12 on the side opposite the threaded side 18, a third fastening arm 46 and a fourth fastening arm 48 is formed, each of which has an opening 50, 52.
  • FIG. 2 to 6 a slightly different embodiment of a steering gear housing 12 according to the invention is shown in different views.
  • the steering gear housing 12 is also formed in one piece such that a drive insertion opening 44 for inserting the electric motor is formed on the threaded side 18.
  • a support surface 30 for the arrangement and axial support of a separate stop element 32 for a tie rod joint 34 is also formed on the threaded side 18.
  • a first fastening arm 36 extending in the axial direction and a second fastening arm 38 extending in the axial direction are also formed on the threaded side 18 of the steering gear housing 12.
  • the two fastening arms 36, 38 each have an opening 40, 42 and thereby enable the fastening arms 36, 38 to be simply screwed to an element fixed to the body, in particular a subframe, not shown, of a motor vehicle.
  • a third fastening arm 46 and a fourth fastening arm 48 are formed on the steering gear housing 12 on the side opposite the threaded side 18, both of which also each have an opening 50, 52.
  • the third fastening arm 46 and the fourth fastening arm 48 each extend predominantly in the radial direction and slightly in the axial direction.
  • the stop element 32 is firmly connected to the steering gear housing 12 in the final assembly position, for example by caulking, pressing, soldering, welding and / or gluing.
  • the drive insertion opening 18 is closed by means of a cover 54, which is preferably made of plastic at low cost. In the embodiment shown, the cover is screwed with four fastening screws 56 for this purpose.
  • a simple circular ring-shaped disk is provided as the stop element 32.
  • a support rib 64 extending in the axial direction is formed in the steering gear housing 12 in such a way that an additional support surface 30 is provided, so that overall an enlarged support surface 30 results, namely a suitable circular design of the steering gear housing 12 with a shoulder serving as a support surface 30 and the end face of the support rib 64 directed to the left and serving as a further support surface 30.
  • Figures 7 to 10 show further variants for usable alternative stop elements 32, which are also designed as circular disks.
  • the stop element 32 according to FIG. 7 has six stiffeners 58 in the form of stamped embossments 60.
  • the stop element 32 according to FIG. 8 has six stiffeners 58 in the form of ribs 62, which can be produced in particular by casting.
  • the stop element 32 according to FIG. 9 is conical on two sides.
  • the stop element 32 according to FIG. 10 is designed conically on one side as a spring washer.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zahnstangen-Lenkung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Zahnstangen-Lenkung. Die erfindungsgemäße Zahnstangen-Lenkung umfasst ein Lenkgetriebegehäuse (12), eine Zahnstange (14), die sich durch das Lenkgetriebegehäuse (12) erstreckt, einen Elektromotor (16), der an einer Gewindeseite (18) des Lenkgetriebegehäuses (12) über einen Kugelgewindetrieb (20) mit der Zahnstange (14) gekoppelt ist, um an dieser eine Axialkraft bereitzustellen, und zwei Spurstangengelenke (34), die an den axialen Enden der Zahnstange (14) angeordnet sind, wobei das Lenkgetriebegehäuse (12) einteilig derart ausgebildet ist, dass auf der Gewindeseite (18) des Lenkgetriebegehäuses (12) eine Antriebseinschuböffnung (44) zur Anordnung des Elektromotors (16) ausgebildet ist und an dieser Gewindeseite (18) ferner eine unmittelbare Anschlagfläche für ein Spurstangengelenk (34) oder eine Abstützfläche (30) zur Anordnung und axialen Abstützung eines separaten Anschlagelementes (32) für ein Spurstangengelenk (34) ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Zahnstangen-Lenkung sowie Kraftfahrzeug mit einer solchen Zahnstangen-Lenkung
Die Erfindung betrifft eine Zahnstangen-Lenkung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. In Verbindung mit der Erfindung wird insoweit auch explizit auf Kraftfahrzeuge mit einer solchen Zahnstangen-Lenkung verwiesen.
Aus DE 102007012655 A1 ist eine elektromechanische Zahnstangen-Lenkung mit einem elastischen Endanschlag bekannt. Diese Zahnstangen-Lenkung umfasst ein Lenkgetriebegehäuse, eine Zahnstange, die sich durch das Lenkgetriebegehäuse erstreckt, einen Elektromotor, der über einen Kugelgewindetrieb mit der Zahnstange gekoppelt ist, um an dieser eine Axialkraft bereitzustellen, und Spurstangengelenke, die an den axialen Enden der Zahnstange angeordnet sind. Als Anschlagelemente sind unter anderem Federelemente beschrieben, die von außen in das Lenkgetriebegehäuse eingesetzt sein sollen. Dazu ist es erforderlich, das Lenkgetriebegehäuse zweiteilig mit einem Hauptgehäuse und einem Gehäusedeckel auszubilden, die aufgrund der über die Anschlagelemente aufzunehmenden Kräfte als Druckgussteile hergestellt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnstangen-Lenkung, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Zahnstangen-Lenkung, zur Verfügung zu stellen, mittels welchen bei gleichwertiger Funktionalität die Herstellungskosten reduzierbar sind.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Eine erfindungsgemäße Zahnstangen-Lenkung umfasst ein Lenkgetriebegehäuse, eine Zahnstange, die sich durch das Lenkgetriebegehäuse erstreckt, einen Elektromotor, der an einer Gewindeseite des Lenkgetriebegehäuses über einen Kugelgewindetrieb mit der Zahnstange gekoppelt ist, um an dieser eine Axialkraft bereitzustellen, und zwei Spurstangengelenke, die an den axialen Enden der Zahnstange angeordnet sind. Dabei ist das Lenkgetriebegehäuse einteilig derart ausgebildet, dass auf der Gewindeseite des Lenkgetriebegehäuses eine Antriebseinschuböffnung zur Anordnung des Elektromotors ausgebildet ist und an dieser Gewindeseite ferner eine unmittelbare Anschlagfläche für ein Spurstangengelenk oder eine Abstützfläche zur Anordnung und axialen Abstützung eines separaten Anschlagelementes für ein Spurstangengelenk ausgebildet ist.
Aus konstruktiven Gründen der Gehäusegestaltung ist es dabei bevorzugt, wenn die unmittelbare Anschlagfläche oder die Abstützfläche sich nicht über den vollen Umfang erstreckt, sondern aus ein oder mehreren Teil-Umfangssegmenten besteht, so dass eine Unterbrechung oder mehrere Unterbrechungen der Anschlagfläche oder Abstützfläche für die Durchführung eines Riemens genutzt werden können.
In einer besonders einfachen Variante ist die Anschlagfläche oder Abstützfläche als Teil- Umfangssegment, insbesondere als Teil-Kreisringsegment ausgebildet, das sich über einen Winkelbereich von 120° bis 320° erstreckt, insbesondere über einen Winkelbereich, der sich über mehr als 180° erstreckt, vorzugsweise über einen Wnkelbereich von 200° bis 300°.
Die Erfindung ist insbesondere in Bezug auf die Herstellungskosten von besonderem Vorteil, weil die Ausbildung einer unmittelbaren Anschlagfläche oder einer Abstützfläche zur Abstützung eines separaten Anschlagelementes es jeweils unabhängig voneinander ermöglichen, einen zum Verschließen der Öffnung vorgesehenen Gehäusedeckel als einfach und kostengünstig herstellbares Element zu konstruieren und zu verwenden, insbesondere als ein Kunststoff- Spritzgussteil, das selbst keine Kräfte aufnehmen muss.
In einerweiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zahnstangen- Lenkung ist an der Gewindeseite des Gehäuses ein sich in radialer und/oder axialer Richtung erstreckender Befestigungsarm ausgebildet, oder es sind an der Gewindeseite des Gehäuses mehrere, sich in radialer und/oder axialer Richtung erstreckende Befestigungsarme ausgebildet. Damit sind jegliche Befestigungsstrukturen gemeint mit welchen ausgehend von dem Gehäuse eine - vorzugweise konstruktiv einfache - feste Verbindung zu einem Karosserieelement eines Kraftfahrzeuges herstellbar ist, insbesondere eine Schraubverbindung Rahmenelement oder einem Hilfsrahmen eines Kraftfahrzeuges.
Dazu ist an jedem Befestigungsarm vorzugsweise mindestens eine Schrauböffnung ausgebildet, um zwischen dem jeweiligen Befestigungsarm und dem Rahmenelement oder Hilfsrahmen eines Kraftfahrzeuges mit Befestigungsschrauben eine Schraubverbindung herzustellen. Wie bereits erwähnt, ist es aus Kostengründen vorteilhaft, wenn die Antriebseinschuböffnung mittels eines Kunststoffdeckels verschlossen ist, insbesondere wenn das Lenkgetriebegehäuse eine unmittelbare Anlagefläche oder Abstützfläche und optional auch noch einen oder mehrere Befestigungsarme aufweist. In diesem Fall kann mit dem Kunststoffdeckel immer noch eine ausreichende Abdichtung gewährleistet werden. Diejenigen Geometrien hingegen, die einer mechanischen Belastung, insbesondere durch das Spurstangengelenk, ausgesetzt sind und welche Kräfte beim Anschlägen des Spurstangengelenks aufnehmen und über einen Rahmen oder Hilfsrahmen ableiten müssen, sind an dem Lenkgetriebegehäuse selbst vorgesehen. Diesbezüglich wird insbesondere auf eine unmittelbare Anschlagfläche oder eine Abstützfläche für ein separates Anschlagelement verwiesen sowie auf die Befestigungsarme.
Alternativ oder in Ergänzung zum Verschließen der Antriebseinschuböffnung mittels eines Deckels kann die Antriebseinschuböffnung auch mittels einer Manschette verschlossen sein.
Die Verwendung einer Manschette hat, insbesondere wenn es sich um eine zumindest teilweise elastische Manschette handelt, die sich aufgrund ihrer Elastizität zur Verwendung mit unterschiedlichen Größen von Antriebseinschuböffnungen kombinieren lässt, den weiteren Vorteil, dass mit einem bestimmten Manschettentyp zwei oder mehr Geometrien von Antriebseinschuböffnungen verschließbar sind, so dass sich die Zahl der Gleichteile im Vergleich zur Verwendung von auf die Größe und Geometrie der Antriebseinschuböffnung abgestimmten Deckeln erhöht. So können die Herstellungskosten für erfindungsgemäße Zahnstangen-Lenkungen weiter gesenkt werden.
In einerweiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zahnstangen- Lenkung ist eine sich nur über einen Teil des Umfangs eines Kreisrings erstreckende Abstützfläche ausgebildet, wobei sich durch den Bereich, in welchem keine Abstützfläche vorgesehen ist, ein funktional zwischen Elektromotor und Kugelgewindetrieb angeordneter Antriebsriemen erstreckt. In diesem Fall ergibt sich eine besonders einfache Montage einer Einheit aus Elektromotor und Antriebsriemen, insbesondere auch in Verbindung mit dem Kugelgewindetrieb, und zwar auch dann, wenn der Elektromotor mit dessen Steuerung bei der Montage weitestgehend oder vollständig in die Antriebseinschuböffnung eingesetzt werden soll.
Durch das Vorsehen von mindestens einer Stützrippe, mittels welcher die Abstützfläche flächenmäßig vergrößert ist, kann die Verteilung der Kraft auf ein sich über die Abstützfläche abstützendes, separates Anschlagelement insoweit verbessert werden, als die Kontaktfläche weiter vergrößert wird. . Als separates Anschlagelement geeignet ist insbesondere mindestens eine kreisringförmige Scheibe, wobei eine solche Scheibe in der einfachsten Ausgestaltung zwei ebene, parallel zueinander ausgebildete, kreisringförmige Stirnseiten aufweist. Ein separates Anschlagelement kann zwar grundsätzlich aus einem ausreichend ausgelegten und dimensionierten Kunststoff hergestellt sein. Bevorzugt ist ein separates Anschlagelement jedoch aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus dem gleichen Werkstoff oder einem Werkstoff mit in etwa gleichem Wärmeausdehnungskoeffizienten. Als Werkstoffe mit in etwa gleichem Wärmeausdehnungskoeffizienten werden insbesondere solche Werkstoffe angesehen, deren Abweichung des Wärmeausdehnungskoeffizienten maximal 30 Prozent beträgt, weiter bevorzugt maximal 20 Prozent und besonders bevorzugt maximal 10 Prozent. Dies hat den Vorteil, dass eine etwaige kraftschlüssige Befestigung des separaten Anschlagelements weitestgehend temperaturbeständig ist und die Gefahr gering ist, dass Extremtemperaturen zu einem erleichterten Lösen des Anschlagelements von dem Lenkgetriebegehäuse führen kann.
Die Steifigkeit eines separaten Anschlagelementes kann für bestimmte Anwendungsfälle optimiert sein, insbesondere indem Strukturen zur Versteifung vorgesehen sind und/oder indem das Anschlagelement konisch ausgebildet ist. Beispielsweise kann durch eine solche konstruktive Gestaltung die Spannungsverteilung in dem jeweiligen Anschlagelement optimiert und die Biegesteifigkeit sowie die Dauerfestigkeit erhöht und/oder der benötigte Materialeinsatz je Anschlagelement minimiert werden.
Wenn bei einer Zahnstangen-Lenkung ein separates Anschlagelement vorgesehen ist, ist dieses vorzugsweise fest mit dem Lenkgetriebegehäuse verbunden, vor allem um zu vermeiden, dass ein an diesem Anschlagelement von außen anschlagendes Spurstangengelenk sich beim Anschlägen mit dem Anschlagelement verkeilt und dann beim Wiederauslenken des Spurstangengelenks das Anschlagelement aus seiner Soll-Position heraus bewegt wird.
Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebegehäuses mit darin angeordneten weiteren Elementen in einer Schnittdarstellung,
Fig. 2 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebegehäuses ohne weitere Elemente in einer isometrischen Darstellung, Fig. 3 eine Darstellung des Lenkgetriebegehäuses aus Fig. 2 in einer Ansicht gemäß dem Pfeil III in Fig. 2,
Fig. 4 eine Darstellung des Lenkgetriebegehäuses aus den Figuren 2 und 3 in einer Ansicht gemäß dem Pfeil IV in Fig. 2,
Fig. 5 eine Darstellung des Lenkgetriebegehäuses aus den Fig. 2 bis 4 mit einer Anschlagscheibe, einem Deckel, einem Spurstangengelenk und Befestigungsschrauben in einer Explosionsdarstellung,
Fig. 6 einen Ausschnitt des Lenkgetriebegehäuses aus den Fig. 2 bis 5 mit
Spurstangengelenk, Anschlagscheibe und einer Befestigungsschraube in Montagelage in einer Schnittdarstellung,
Fig. 7 eine weitere alternative Gestaltungsvariante einer Anschlagscheibe mit Versteifungen,
Fig. 8 eine weitere alternative Gestaltungsvariante einer Anschlagscheibe mit Versteifungen,
Fig. 9 eine weitere alternative Gestaltungsvariante einer Anschlagscheibe mit zweiseitig konischer Geometrie sowie
Fig. 10 eine weitere alternative Gestaltungsvariante einer Anschlagscheibe mit einseitig konischer Geometrie.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Zahnstangenlenkung 10 mit einem erfindungsgemäßen Lenkgetriebegehäuse 12, einer Zahnstange 14, die sich durch das Lenkgetriebegehäuse 12 erstreckt und einem Elektromotor 16, der an einer Gewindeseite 18 des Lenkgetriebegehäuses 12 über einen Kugelgewindetrieb 20 mit der Zahnstange 14 gekoppelt ist. In der gezeigten Ausführungsform ist die Verbindung zwischen dem Elektromotor 16 und dem Kugelgewindetrieb 20 über eine Motorwelle 22 und einen das Antriebsmoment des Elektromotors 16 übertragenden Riementrieb 24 hergestellt. Alternativ kann die funktionale Verbindung zwischen Elektromotor 16 und Kugelgewindetrieb 20 aber auch mit anderen geeigneten Übertragungselementen hergestellt sein. Der Vollständigkeit halber wird noch darauf verwiesen, dass die Zahnstange 14 auf der der Gewindeseite 18 gegenüberliegenden Seite in der gezeigten Ausführungsform eine Verzahnung (nicht dargestellt) aufweist, an welcher ein am unteren Ende einer Lenkwelle 26 angeordnetes Ritzel 28 angreift. Durch Drehen eines nicht dargestellten Lenkrades, das mit der Lenkwelle 26 gekoppelt ist, kann von einem Fahrer eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges so manuell ein Lenkmoment aufgebracht werden. Dieses Lenkmoment kann bedarfsweise mit Hilfe des Elektromotors 16 durch ein Lenkhilfsmoment unterstützt werden, indem über den Kugelgewindetrieb 20 eine Verschiebung der Zahnstange 14 unterstützt wird.
In Figur 1 nur schematisch dargestellt sind ein sich in axialer Richtung und radialer Richtung erstreckender erster Befestigungsarm 36 und ein sich überwiegend in radialer Richtung erstreckender zweiter Befestigungsarm 38. Ferner sind an dem Lenkgetriebegehäuse 12 auf der der Gewindeseite 18 gegenüberliegenden Seite ein dritter Befestigungsarm 46 und ein vierter Befestigungsarm 48 ausgebildet, die beide jeweils eine Öffnung 50, 52 aufweisen.
In den Figuren 2 bis 6 ist eine geringfügig abweichende Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebegehäuses 12 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Das Lenkgetriebegehäuse 12 ist ebenfalls einteilig derart ausgebildet, dass auf der Gewindeseite 18 eine Antriebseinschuböffnung 44 zum Einführen des Elektromotors ausgebildet ist. Auf der Gewindeseite 18 ist ferner eine Abstützfläche 30 zur Anordnung und axialen Abstützung eines separaten Anschlagelements 32 für ein Spurstangengelenk 34 ausgebildet.
Wie in den Figuren 2 bis 6 gut erkennbar, sind an dem Lenkgetriebegehäuse 12 auf der Gewindeseite 18 ferner ein erster, sich in axialer Richtung erstreckender Befestigungsarm 36 und ein zweiter, sich in axialer Richtung erstreckender Befestigungsarm 38 ausgebildet. In der gezeigten Ausführungsform weisen die beiden Befestigungsarme 36, 38 beide jeweils eine Öffnung 40, 42 auf und ermöglichen dadurch ein einfaches Verschrauben der Befestigungsarme 36, 38 mit einem karosseriefesten Element, insbesondere einem nicht dargestellten Hilfsrahmen eines Kraftfahrzeuges.
We in Fig. 2 erkennbar ist, sind an dem Lenkgetriebegehäuse 12 auf der der Gewindeseite 18 gegenüberliegenden Seite ein dritter Befestigungsarm 46 und ein vierter Befestigungsarm 48 ausgebildet, die beide ebenfalls jeweils eine Öffnung 50, 52 aufweisen. Der dritte Befestigungsarm 46 und der vierte Befestigungsarm 48 erstrecken sich jeweils überwiegend in radialer Richtung und geringfügig in axialer Richtung. Wie in Fig. 6 gut erkennbar ist, ist das Anschlagelement 32 in Endmontagelage fest mit dem Lenkgetriebegehäuse 12 verbunden, z.B. durch Verstemmen, Verpressen, Verlöten, Verschweißen und/oder Verkleben. Mittels eines Deckels 54, der vorzugsweise kostengünstig aus Kunststoff hergestellt ist, wird die Antriebseinschuböffnung 18 verschlossen. In der gezeigten Ausführungsform ist der Deckel dazu mit vier Befestigungsschrauben 56 verschraubt.
In den Figuren 5 und 6 ist als Anschlagelement 32 eine einfache kreisringförmige Scheibe vorgesehen.
Dabei ist in Figur 6 ferner erkennbar, dass in dem Lenkgetriebegehäuse 12 eine sich in axialer Richtung erstreckende Stützrippe 64 derart ausgebildet ist, dass eine zusätzliche Abstützfläche 30 bereitgestellt wird, so dass sich insgesamt eine vergrößerte Abstützfläche 30 ergibt, nämlich eine durch eine geeignete kreisringförmige Gestaltung des Lenkgetriebegehäuses 12 mit einem als Abstützfläche 30 dienenden Absatz und die als weitere Abstützfläche 30 dienende, nach links gerichtete Stirnseite der Stützrippe 64.
Die Figuren 7 bis 10 zeigen weitere Varianten für verwendbare alternative Anschlagelemente 32, die ebenfalls als kreisringförmige Scheiben ausgebildet sind.
Das Anschlagelement 32 gemäß Fig. 7 weist sechs Versteifungen 58 in Form eingestanzter Verprägungen 60 auf.
Das Anschlagelement 32 gemäß Fig. 8 weist sechs Versteifungen 58 in Form von Rippen 62 auf, die insbesondere durch Gießen herstellbar sind.
Das Anschlagelement 32 gemäß Fig. 9 ist zweiseitig konisch ausgebildet.
Das Anschlagelement 32 gemäß Fig. 10 ist einseitig konisch als Federscheibe ausgebildet.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden. Bezugszeichenliste Zahnstangen-Lenkung Lenkgetriebegehäuse Zahnstange Elektromotor Gewindeseite Kugelgewindetrieb Motorwelle Riementrieb Lenkwelle Ritzel Abstützfläche Anschlagelement Spurstangengelenk Befestigungsarm Befestigungsarm Öffnung Öffnung Antriebseinschuböffnung Befestigungsarm Befestigungsarm Öffnung Öffnung Deckel Befestigungsschraube Versteifung Verprägung Rippe Stützrippe

Claims

Ansprüche
1. Zahnstangen-Lenkung mit einem Lenkgetriebegehäuse (12), einer Zahnstange (14), die sich durch das Lenkgetriebegehäuse (12) erstreckt, einem Elektromotor (16), der an einer Gewindeseite (18) des Lenkgetriebegehäuses (12) über einen Kugelgewindetrieb (20) mit der Zahnstange (14) gekoppelt ist, um an dieser eine Axialkraft bereitzustellen, und zwei Spurstangengelenken (34), die an den axialen Enden der Zahnstange (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgetriebegehäuse (12) einteilig derart ausgebildet ist, dass auf der Gewindeseite (18) des Lenkgetriebegehäuses (12) eine Antriebseinschuböffnung (44) zur Anordnung des Elektromotors (16) ausgebildet ist und an dieser Gewindeseite (18) ferner eine unmittelbare Anschlagfläche für ein Spurstangengelenk (34) oder eine Abstützfläche (30) zur Anordnung und axialen Abstützung eines separaten Anschlagelementes (32) für ein Spurstangengelenk (34) ausgebildet ist.
2. Zahnstangen-Lenkung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an der Gewindeseite (18) des Gehäuses ein sich in radialer und/oder axialer Richtung erstreckender Befestigungsarm (36, 38) ist oder mehrere, sich in radialer und/oder axialer Richtung erstreckende Befestigungsarme (36, 38, 46, 48) ausgebildet sind.
3. Zahnstangen-Lenkung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Befestigungsarm (36, 38, 46, 48) mindestens eine Schrauböffnung (40, 42, 50, 52) ausgebildet ist.
4. Zahnstangen-Lenkung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinschuböffnung (44) mittels eines Kunststoffdeckels verschlossen ist.
5. Zahnstangen-Lenkung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinschuböffnung (44) mittels einer Manschette verschlossen ist.
6. Zahnstangen-Lenkung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich nur über einen Teil des Umfangs eines Kreisrings erstreckende Abstützfläche (30) ausgebildet ist und sich durch den Bereich, in welchem keine Abstützfläche (30) vorgesehen ist, ein funktional zwischen Elektromotor (16) und Kugelgewindetrieb (20) angeordneter Antriebsriemen erstreckt.
7. Zahnstangen-Lenkung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Stützrippe (64) vorgesehen ist, mittels welcher die Abstützfläche (30) flächenmäßig vergrößert ist.
8. Zahnstangen-Lenkung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als separates Anschlagelement (32) mindestens eine kreisringförmige Scheibe vorgesehen ist.
9. Zahnstangen-Lenkung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein separates Anschlagelement (32) Strukturen zur Versteifung aufweist und/oder konisch ausgebildet ist.
10. Zahnstangen-Lenkung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein separates Anschlagelement (32) fest mit dem Lenkgetriebegehäuse (12) verbunden ist.
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