WO2015197464A1 - Lenkgetriebe mit deachsierter zahnstange - Google Patents

Lenkgetriebe mit deachsierter zahnstange Download PDF

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WO2015197464A1
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longitudinal axis
rack
steering gear
construction
ball nut
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Inventor
Manfred Rombold
Original Assignee
Thyssenkrupp Presta Ag
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    • 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
    • B62D5/0442—Conversion of rotational into longitudinal movement
    • B62D5/0445—Screw drives
    • B62D5/0448—Ball nuts

Definitions

  • the present invention relates to a steering gear for a
  • the servomotor acts on the ball nut via a toothed belt
  • Ball screw on the rack Upon rotation of the ball nut about the longitudinal axis of the rack this is moved in the longitudinal direction.
  • the torque generated by the timing belt causes high friction between the ball nut, balls running therealong, and the rack, thereby affecting the smooth operation of the steering gear. In addition, unwanted noise caused by the high friction.
  • a certain clearance between the ball nut, the balls and the threaded rod is provided.
  • the tensile force which acts as a lateral force on the ball nut, the play is influenced in such a way that the balls are loaded unevenly, resulting in a non-uniform running of the ball screw.
  • DE 10 2012 100 383 AI discloses a steering gear in which the rolling bearing is mounted at a certain inclination angle obliquely in a transmission housing in such a way that by compensating forces a second to the first generated by the timing belt force acting force arises, the two forces are the same size. The two opposing forces cancel each other out.
  • a steering gear for a motor vehicle steering with a tubular housing, which via connection points with a
  • Motor vehicle is connectable, with a rack on one
  • the rack longitudinal axis at an angle the design longitudinal axis is oriented such that the rack longitudinal axis and the longitudinal axis of construction intersect at a point which lies within the ball nut.
  • this construction is particularly cost-effective, since this arrangement of the rack longitudinal axis to the longitudinal axis of construction is relatively easy to implement.
  • the pinion is offset relative to the longitudinal axis of the construction in the direction of the rack longitudinal axis so far that the engagement of the pinion in the toothed segment is free of play.
  • the housing is connected to the motor vehicle, that the articulation points for the tie rods are arranged symmetrically, lying on an axis perpendicular to the motor vehicle longitudinal axis. This symmetrical arrangement has an advantageous effect on the
  • Construction longitudinal axis is done.
  • the offset of the pinion is on the order of 1/10 mm.
  • the negative effects of the tensile force of the belt are compensated for the ball screw, so that the rack can be moved during a steering movement with a minimum force in the longitudinal direction.
  • Design longitudinal axis is chosen so that the balls present in the ball screw and bearings off-center roll on their careers. This limits the game so much that Steering torque fluctuations can be reduced and disturbing noises can be minimized.
  • Fig. 1 a schematic representation of a steering gear
  • Fig. 2 a schematic representation of a steering gear
  • Fig. 3 a schematic representation of the invention
  • a conventional steering gear 1 in a housing 2 with a rack 3 and a toothed segment 4 of the rack 3 meshing pinion 5 is shown.
  • tie rods are connected via joints at articulation points 6, wherein the tie rods are in turn connected to the stub axles steerable wheels.
  • a displacement of the rack 3 along its longitudinal axis 7 causes a pivoting of the wheels.
  • the rack 3 further comprises a threaded spindle segment 8, the part of a
  • Ball screw 9 is the ball nut 10 on the
  • Threaded spindle segment 8 is arranged.
  • An unillustrated electric servomotor drives the ball nut 10 via a toothed belt.
  • the servomotor is transmitted via a signal derived from the torque in the steering column in support of the steering movement
  • the ball nut 10 is in the housing 2 via a in a
  • the housing 2 has a construction longitudinal axis 15, which is defined as a common axis of symmetry by machining the bearing seat 11 and at least one further annular or annular collar-shaped seat during manufacture, and the with the axis of rotation of the unloaded ball nut 10 is identical, as well as connection points 16 through which the housing is connected to the motor vehicle.
  • FIG. 2 shows a steering gear arrangement according to the invention, the pinion 5 of FIG. 1 being offset in the direction of the rack 3.
  • the rack 3 is directed at its pinion near end of its original position, which means that the rack longitudinal axis 7 is oriented at an angle relative to the longitudinal axis 15 such that the rack longitudinal axis 7 and the longitudinal axis 15 in a point marked with X within cut the ball nut 10.
  • Threaded spindle segment 8 is thus arranged tilted longitudinally in the ball nut 10. Likewise, tilted by the Deachstechnik the inner ring 13 of the bearing 12 relative to the outer ring 14. Through these tilting the balls of the ball screw 9 and the bearing 12 are always off-center in the ball raceways, whereby the game is minimized.
  • the pinion 5 is perpendicular to the rack longitudinal axis 7 in the direction of the rack 3, as shown in Figure 2, offset.
  • the position of the housing 2 in the reference system of the motor vehicle has been changed so that the articulation points 6 for the
  • Tie rods symmetrical, lying on an axis perpendicular to the longitudinal axis of the motor vehicle, are arranged.
  • Embodiment is preferred because the symmetrical arrangement of Anschungsa 6 advantageous effect on the driving characteristics of the motor vehicle.
  • the pinion is so far away from the ball screw that the required offset of the pinion for adjusting the play of the ball screw is on the order of 1/10 mm.
  • This change can be, in contrast to changes, for example, on the bearing seat 11 of the bearing 12, the extreme due to the low manufacturing tolerances

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für eine Kraftfahrzeuglenkung, - mit einem rohrförmigen Gehäuse (2), welches über Anbindungspunkte (16) mit einem Kraftfahrzeug verbindbar ist, - mit einer Zahnstange (3), die auf einer Zahnstangenlängsachse (7) liegende Anlenkungspunkte (6) für die Anlenkung von Spurstangen aufweist, - mit einem Ritzel (5), welches mit einem Zahnsegment (4) der Zahnstange (3) kämmt, - mit einem Kugelgewindetrieb (9), aufweisend eine auf einem Gewindespindelsegment (8) der Zahnstange (3) drehbar angeordnete Kugelmutter (10), welche mittels eines in einem Lagersitz (11) des Gehäuses (2) sitzenden Lagers (12) in dem Gehäuse (2) gehalten und drehbar gelagert ist, wobei die Kugelmutter (10) von einem Servomotor über einen Riemen angetrieben ist, - wobei das Gehäuse (2) eine Konstruktionslängsachse (15) aufweist, die als gemeinsame Symmetrieachse durch Bearbeitung des Lagersitzes (11) und wenigstens einer weiteren ringförmigen oder ringbundförmigen Sitzfläche während der Fertigung definiert ist, und die mit der Drehachse der unbelasteten Kugelmutter (10) identisch ist, und wobei die Zahnstangenlängsachse (7) in einem Winkel gegenüber der Konstruktionslängsachse (15) derart orientiert ist, dass sich die Zahnstangenlängsachse (7) und die Konstruktionslängsachse (15) in einem Punkt schneiden, der innerhalb der Kugelmutter (10) liegt.

Description

Lenkgetriebe mit deachsierter Zahnstange
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für eine
Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Bei solchen elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug-Servolenkungen, wirkt der Servomotor über einen Zahnriemen auf die Kugelmutter eines
Kugelgewindetriebs. Der Kugelgewindetrieb selbst greift in einem
Kugelgewinde an der Zahnstange an. Bei einer Drehung der Kugelmutter um die Längsachse der Zahnstange wird diese in Längsrichtung verfahren.
Das durch den Zahnriemen erzeugte Drehmoment verursacht eine hohe Reibung zwischen der Kugelmutter, darin entlang laufenden Kugeln und der Zahnstange, wodurch die Leichtgängigkeit des Lenkgetriebes beeinflusst wird. Zudem können unerwünschte Geräusche durch die hohe Reibung entstehen. Zur Abhilfe wird ein gewisses Spiel zwischen der Kugelmutter, den Kugeln und der Gewindestange vorgesehen. Durch die Zugkraft, die als eine Querkraft auf die Kugelmutter wirkt, wird das Spiel jedoch in der Weise beeinflusst, dass die Kugeln ungleichmäßig belastet werden, woraus ein ungleichförmiger Lauf des Kugelgewindetriebes resultiert.
Die DE 10 2012 100 383 AI offenbart ein Lenkgetriebe, bei dem das Wälzlager unter einem bestimmten Neigungswinkel schräg in ein Getriebegehäuse in der Weise eingebaut ist, dass durch Kompensationskräfte eine zweite zur ersten durch den Zahnriemen erzeugte Kraft entgegengesetzt wirkende Kraft entsteht, wobei die beiden Kräfte gleich groß sind . Die beiden entgegengesetzt wirkenden Kräfte heben sich also gegenseitig auf. Somit herrscht auf die Kugelmutter, den darin entlang laufenden Kugeln und der Gewindestange in radialer Richtung nur noch eine geringe Querkraft und somit auch nur noch eine geringe Reibung, so dass die Gewindestange während einer
Lenkbewegung mit einer minimalen Kraft in axialer Richtung bewegt werden kann. Folglich sind Lenkmomentschwankungen beim Eintreten der Kugeln in einen Kugelrückführkanal der Kugelmutter ebenso deutlich reduziert. Die Kugeln werden ferner während einer Geradeausfahrt oder bei kleinen
Lenkbewegungen gleichmäßiger als bisher belastet. Problematisch hierbei ist, dass die Modifikation des Lagersitzes sehr genau mit geringen
Fertigungstoleranzen erfolgen muss, was zu hohen Herstellungskosten führt.
In der DE 10 2009 046 621 AI wird eine Kompensation der Querkräfte auf die Kugelmutter durch Federelemente zur Abstützung der Kugelmutterlagerung realisiert. Es werden im Wesentlichen, die durch das Fahrwerk in Hubrichtung der Zahnstange eingeleiteten Momente aufgenommen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lenkgetriebe für eine
Kraftfahrzeuglenkung anzugeben, das ein geringes internes Spiel im
Kugelgewindetrieb bei möglichst kostengünstiger Konstruktion des
Lenkgetriebes aufweist.
Diese Aufgabe wird von einem Lenkgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach ist ein Lenkgetriebe für eine Kraftfahrzeuglenkung, mit einem rohrförmigen Gehäuse, welches über Anbindungspunkte mit einem
Kraftfahrzeug verbindbar ist, mit einer Zahnstange, die auf einer
Zahnstangenlängsachse liegende Anlenkungspunkte für die Anlenkung von Spurstangen aufweist, mit einem Ritzel, welches mit einem Zahnsegment der Zahnstange kämmt, mit einem Kugelgewindetrieb, aufweisend eine auf einem Gewindespindelsegment der Zahnstange drehbar angeordnete Kugelmutter, welche mittels eines in einem Lagersitz des Gehäuses sitzenden Lagers in dem Gehäuse gehalten und drehbar gelagert ist, wobei die Kugelmutter von einem Servomotor über einen Riemen angetrieben ist, wobei das Gehäuse eine Konstruktionslängsachse aufweist, die als gemeinsame Symmetrieachse durch Bearbeitung des Lagersitzes und wenigstens einer weiteren ringförmigen oder ringbundförmigen Sitzfläche während der Fertigung definiert ist, und die mit der Drehachse der unbelasteten Kugelmutter identisch ist,
vorgesehen, bei dem die Zahnstangenlängsachse in einem Winkel gegenüber der Konstruktionslängsachse derart orientiert ist, dass sich die Zahnstangenlängsachse und die Konstruktionslängsachse in einem Punkt schneiden, der innerhalb der Kugelmutter liegt.
Das interne Spiel im Kugelgewindetrieb wird dadurch deutlich minimiert.
Weiterhin ist diese Konstruktion besonders kostengünstig, da diese Anordnung der Zahnstangenlängsachse zur Konstruktionslängsachse relativ leicht zu realisieren ist.
Vorzugsweise wird das Ritzel gegenüber der Konstruktionslängsachse in Richtung auf die Zahnstangenlängsachse so weit versetzt, dass der Eingriff des Ritzels in das Zahnsegment spielfrei ist.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn das Gehäuse so mit dem Kraftfahrzeug verbunden ist, dass die Anlenkungspunkte für die Spurstangen symmetrisch, auf einer Achse senkrecht zur Kraftfahrzeuglängsachse liegend angeordnet sind. Diese symmetrische Anordnung wirkt sich vorteilhaft auf das
Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs aus.
Es ist bevorzugt, dass der Versatz des Ritzels senkrecht zur
Konstruktionslängsachse erfolgt.
Bevorzugt liegt der Versatz des Ritzels in einer Größenordnung von 1/10 mm.
Weiterhin kann es bevorzugt sein, den Winkel zwischen der
Zahnstangenlängsachse und Konstruktionslängsachse so zu wählen, dass die daraus resultierende Verkippung des Kugelgewindetriebs dem Verkippen durch die Zugkraft des Riemens auf die Kugelmutter entgegen wirkt. So werden die negativen Auswirkungen der Zugkraft des Riemens auf den Kugelgewindetrieb kompensiert, so dass die Zahnstange während einer Lenkbewegung mit einer minimalen Kraft in Längsrichtung bewegt werden kann.
Vorzugsweise wird der Winkel zwischen Zahnstangenlängsachse und
Konstruktionslängsachse so gewählt ist, dass die im Kugelgewindetrieb und Lager vorhandenen Kugeln sich außermittig an ihren Laufbahnen abwälzen. Dadurch wird das Spiel so stark eingeschränkt, dass Lenkmomentschwankungen reduziert und störende Geräusche minimiert werden können.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Gleiche oder gleichwirkende Bauteile tragen in allen Figuren dieselben Bezugsziffern. Es zeigen :
Fig . 1 : eine schematische Darstellung eines Lenkgetriebes,
Fig . 2 : eine schematische Darstellung eines Lenkgetriebes mit
Ritzelversatz, sowie
Fig . 3 : eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen
Lenkgetriebes mit Ritzelversatz und symmetrischen Anlenkungspunkten.
In der Fig . 1 ist ein herkömmliches Lenkgetriebe 1 in einem Gehäuse 2 mit einer Zahnstange 3 und einem ein Zahnsegment 4 der Zahnstange 3 kämmendes Ritzel 5 dargestellt. An die beiden Enden der Zahnstange 3 sind nicht dargestellte Spurstangen über Gelenke an Anlenkungspunkten 6 angeschlossen, wobei die Spurstangen wiederrum mit den Achsschenkeln lenkbarerer Räder verbunden sind. Eine Verlagerung der Zahnstange 3 entlang ihrer Längsachse 7 bewirkt eine Verschwenkung der Räder. Die Zahnstange 3 weist ferner ein Gewindespindelsegment 8 auf, das Teil eines
Kugelgewindetriebes 9 ist, dessen Kugelmutter 10 auf dem
Gewindespindelsegment 8 angeordnet ist. Ein nicht dargestellter elektrischer Servomotor treibt über einen Zahnriemen die Kugelmutter 10 an. In an sich bekannter Weise wird der Servomotor über ein aus dem Drehmoment in der Lenksäule abgeleitetes Signal zur Unterstützung der Lenkbewegung
angesteuert. Das erforderliche Handdrehmoment am Lenkrad wird dadurch reduziert. Die Kugelmutter 10 ist in dem Gehäuse 2 über ein in einem
Lagersitz 11 des Gehäuses sitzenden Lager 12, aufweisend einen Innenring 13 und einen Außenring 14, axial und radial gelagert. Das Gehäuse 2 weist eine Konstruktionslängsachse 15 auf, die als gemeinsame Symmetrieachse durch Bearbeitung des Lagersitzes 11 und wenigstens einer weiteren ringförmigen oder ringbundförmigen Sitzfläche während der Fertigung definiert ist, und die mit der Drehachse der unbelasteten Kugelmutter 10 identisch ist, sowie Anbindungspunkte 16 über die das Gehäuse mit dem Kraftfahrzeug verbunden wird.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Lenkgetriebeanordnung, wobei das Ritzel 5 der Figur 1 in Richtung der Zahnstange 3 versetzt wurde. Dadurch wird die Zahnstange 3 an ihrem ritzelnahen Ende aus ihrer ursprünglichen Lage gelenkt, was dazu führt, dass die Zahnstangenlängsachse 7 in einem Winkel gegenüber der Konstruktionslängsachse 15 derart orientiert ist, dass sich die Zahnstangenlängsachse 7 und die Konstruktionslängsachse 15 in einem mit X gekennzeichneten Punkt innerhalb der Kugelmutter 10 schneiden. Das
Gewindespindelsegment 8 ist somit längs verkippt in der Kugelmutter 10 angeordnet. Ebenso wird durch die Deachsierung der Innenring 13 des Lagers 12 gegenüber dem Außenring 14 verkippt. Durch diese Verkippungen liegen die Kugeln des Kugelgewindetriebs 9 und des Lagers 12 immer außermittig in den Kugellaufbahnen an, wodurch das Spiel minimiert wird. Durch den in der Figur 2 mit V gekennzeichneten Versatz des Ritzels 5 und der damit
einhergehenden Deachsierung der Zahnstangenlängsachse 7 gegenüber der Konstruktionslängsachse 15 verlagert sich auch der Anlenkungspunkt 6, in dem die Spurstange an die Zahnstange 3 angebunden ist, relativ zum
Kraftfahrzeug.
In der bevorzugten Ausführungsform der Figur 3 ist das Ritzel 5 senkrecht zur Zahnstangenlängsachse 7 in Richtung der Zahnstange 3, wie in Figur 2 gezeigt, versetzt. Zudem wurde die Lage des Gehäuses 2 im Bezugssystem des Kraftfahrzeugs so verändert, dass die Anlenkungspunkte 6 für die
Spurstangen symmetrisch, auf einer Achse senkrecht zur Längsachse des Kraftfahrzeugs liegend, angeordnet sind . Dazu werden die Anbindungspunkte 16, die Flanschflächen mit denen das Lenkgetriebe 1 am Achsträger des Kraftfahrzeugs kraftschlüssig verschraubt wird und/oder die Bohrungen der Verschraubung entsprechend der Orientierung relativ zur Längsachse des Ritzels 5 bereits zum Zeitpunkt der Konstruktion geändert. Diese
Ausführungsform ist bevorzugt, da sich die symmetrische Anordnung der Anlenkungspunkte 6 vorteilhaft auf die Fahreigenschaften des Kraftfahrzeugs auswirkt.
Durch diese Anordnung des Lenkgetriebes wird der Anbindungspunkt des Ritzels an die Eingangswelle leicht verändert, was sich aber durch die
Lenksäule ausgleichen lässt.
In den Ausführungsbeispielen liegt das Ritzel so weit vom Kugelgewindetrieb entfernt, dass der benötigte Versatz des Ritzels zum Einstellen des Spiels des Kugelgewindetriebs in der Größenordnung von 1/10 mm liegt. Diese Änderung lässt sich, im Gegensatz zu Änderungen zum Beispiel am Lagersitz 11 des Lagers 12, die aufgrund der geringen Fertigungstoleranzen extrem
kostenintensiv sind, einfach und kostengünstig herstellen.
Durch das erfindungsgemäße Lenkgetriebe kann das Spiel im
Kugelgewindetrieb kostengünstig minimiert werden.

Claims

Patentansprüche
Lenkgetriebe für eine Kraftfahrzeuglenkung,
- mit einem rohrförmigen Gehäuse (2), welches über Anbindungspunkte (16) mit einem Kraftfahrzeug verbindbar ist,
- mit einer Zahnstange (3), die auf einer Zahnstangenlängsachse (7) liegende Anlenkungspunkte (6) für die Anlenkung von Spurstangen aufweist,
- mit einem Ritzel (5), welches mit einem Zahnsegment (4) der
Zahnstange (3) kämmt,
- mit einem Kugelgewindetrieb (9), aufweisend eine auf einem
Gewindespindelsegment (8) der Zahnstange (3) drehbar angeordnete Kugelmutter (10), welche mittels eines in einem Lagersitz (11) des Gehäuses (2) sitzenden Lagers (12) in dem Gehäuse (2) gehalten und drehbar gelagert ist, wobei die Kugelmutter (10) von einem Servomotor über einen Riemen angetrieben ist,
- wobei das Gehäuse
(2) eine Konstruktionslängsachse (15) aufweist, die als gemeinsame Symmetrieachse durch Bearbeitung des Lagersitzes (11) und wenigstens einer weiteren ringförmigen oder ringbundförmigen Sitzfläche während der Fertigung definiert ist, und die mit der Drehachse der unbelasteten Kugelmutter (10) identisch ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstangenlängsachse (7) in einem Winkel gegenüber der Konstruktionslängsachse (15) derart orientiert ist, dass sich die Zahnstangenlängsachse (7) und die
Konstruktionslängsachse (15) in einem Punkt schneiden, der innerhalb der Kugelmutter (10) liegt.
Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel (5) gegenüber der Konstruktionslängsachse (15) in Richtung auf die Zahnstangenlängsachse (7) so weit versetzt ist, dass der Eingriff des Ritzels (4) in das Zahnsegment (4) spielfrei ist.
3. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) so mit dem Kraftfahrzeug verbunden ist, dass die Anlenkungspunkte (6) für die Spurstangen symmetrisch, auf einer Achse senkrecht zur Kraftfahrzeuglängsachse liegend angeordnet sind .
4. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Versatz des Ritzels (5) senkrecht zur
Konstruktionslängsachse (15) erfolgt.
5. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Versatz des Ritzels (5) in einer
Größenordnung von 1/10 mm liegt.
6. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Zahnstangenlängsachse (7) und Konstruktionslängsachse (15) so gewählt ist, dass die daraus resultierende Verkippung des Kugelgewindetriebs (9) dem Verkippen durch die Zugkraft des Riemens auf die Kugelmutter (10) entgegen wirkt.
7. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen Zahnstangenlängsachse (7) und Konstruktionslängsachse (15) so gewählt ist, dass die im
Kugelgewindetrieb (9) und Lager (12) vorhandenen Kugeln sich
außermittig an ihren Laufbahnen abwälzen.
PCT/EP2015/063722 2014-06-23 2015-06-18 Lenkgetriebe mit deachsierter zahnstange WO2015197464A1 (de)

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