Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
RACK-AND-PINION STEERING SYSTEM COMPRISING A ONE-PIECE TRANSMISSION HOUSING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/087114
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a rack-and-pinion steering system for a motor vehicle, comprising a pinion shaft that is connected to a steering shaft (2) and that has a steering pinion (8) which engages with a steering rack (5) mounted to move along a longitudinal axis in a transmission housing (10), in order to pivot steerable wheels, and comprising an electric motor (12) which drives the pinion shaft by means of a reduction gear (11), wherein the entire assembly of steering rack, pinion shaft and reduction gear is accommodated in the transmission housing (10) and the transmission housing is formed as one piece (10).

Inventors:
STECK, Philippe (Johann-Georg-Helbert-Str. 21, 9492 Eschen, 9492, LI)
BAUMGARTNER, Patrick (Moosbruggstr. 5, 9000 St. Gallen, 9000, CH)
Application Number:
EP2017/078540
Publication Date:
May 17, 2018
Filing Date:
November 08, 2017
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
THYSSENKRUPP PRESTA AG (Essanestraße 10, 9492 Eschen, 9492, LI)
THYSSENKRUPP AG (ThyssenKrupp Allee 1, Essen, 45143, DE)
International Classes:
B62D5/04; B62D3/12
Foreign References:
US20150266506A12015-09-24
US20130180794A12013-07-18
JP2009120094A2009-06-04
DE102011001217A12012-09-13
DE2336572A11974-01-31
Attorney, Agent or Firm:
THYSSENKRUPP INTELLECTUAL PROPERTY GMBH (ThyssenKrupp Allee 1, Essen, 45143, DE)
Download PDF:
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.

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.